KR102422387B1 - How to store hazardous substances in underground strata - Google Patents
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Abstract
유해 물질 저장 리파지토리는 땅속으로 연장되며 적어도 지표면에 근접한 입구를 포함하는 드릴홀 - 드릴홀은 실질적인 수직 드릴홀 부분, 실질적인 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하며, 전이 드릴홀 부분 또는 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는 격리 드릴홀 부분을 포함함 -; 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 위치되는 저장 캐니스터 - 저장 캐니스터는 드릴홀 입구로부터, 드릴홀의 실질적인 수직 드릴홀 부분, 전이 드릴홀 부분을 통하여, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내에 맞도록 크기가 이루어지며, 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함함 -; 드릴홀 내에 위치되는 시일 - 시일은 드릴홀의 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 드릴홀의 입구로부터 격리시킴 - 을 포함한다.the hazardous material storage repository extends into the ground and includes a drill hole at least proximate to the earth's surface, the drill hole including a substantially vertical drill hole portion, a transitional drill hole portion connected to the substantially vertical drill hole portion, and a hazardous material storage drill hole portion and at least one of the transition drill hole portion or the hazardous substance storage drill hole portion includes an isolated drill hole portion; A storage canister positioned in the hazardous material storage drill hole portion - the storage canister is sized to fit within the hazardous material storage drill hole portion from the drill hole entrance, through the substantially vertical drill hole portion of the drill hole, through the transition drill hole portion, the canister includes an interior cavity sized to enclose the hazardous material; A seal positioned within the drill hole comprises a seal that isolates the hazardous material storage drill hole portion of the drill hole from the entrance of the drill hole.
Description
우선권의 주장claim of priority
본 출원은 2017년 6월 5일자로 제출되고 발명의 명칭이 "지하 지층(subterranean formation)에 유해 물질을 저장하는 방법"인 미국 가특허 출원 제62/515,050호를 우선권으로 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/515,050, filed on June 5, 2017 and entitled "Method of Storing Hazardous Substances in Subterranean Formation", the entire contents of which is incorporated herein by reference.
기술 분야technical field
본 발명은 지하 지층에 유해 물질을 저장하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용후 핵연료를 지하 지층에 저장하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to the storage of hazardous substances in the underground strata, and more particularly, to the storage of spent nuclear fuel in the underground strata.
유해 폐기물은 종종 저장된 폐기물 근처에 사는 주민의 건강 문제를 방지하기 위해 장기적, 영구적, 또는 반영구적 저장 상태로 배치된다. 이러한 유해 폐기물의 저장은 예를 들면, 저장 위치의 식별 및 봉쇄의 확실성의 측면에서 종종 난점을 갖는다. 예를 들어, 핵 폐기물(예를 들면, 상용 발전용 원자로, 시험용 원자로, 또는 심지어는 고등급 군용 폐기물로부터의 사용후 핵연료)의 안전한 저장은 에너지 기술의 미해결 과제들 중 하나로 여겨진다. 장수명(long-lived) 방사성 폐기물의 안전한 저장이 미국과 전세계에서의 원자력의 채택에 있어서 주요한 장애물이다. 종래의 폐기물 저장 방법들은 터널의 사용에 중점을 두어 왔으며, 유카 마운틴(Yucca Mountain) 저장 시설의 설계가 그 예이다. 다른 기법들은 결정성 기반암(crystalline basement rock)에 드릴링된, 수직 보어홀(boreholes)을 포함하는, 보어홀을 포함한다. 다른 종래의 기법들은 인간의 접근을 허용하도록 얕은 층에 있는 터널의 벽들로부터 나오는 보어홀들로 터널을 형성하는 것을 포함한다.Hazardous wastes are often placed in long-term, permanent, or semi-permanent storage to prevent health problems for residents living near the stored waste. The storage of such hazardous wastes is often difficult, for example in terms of identification of storage locations and certainty of containment. For example, the safe storage of nuclear waste (eg, spent nuclear fuel from commercial power reactors, pilot reactors, or even high-grade military waste) is considered one of the unsolved challenges of energy technology. The safe storage of long-lived radioactive waste is a major obstacle to the adoption of nuclear power in the United States and around the world. Conventional waste storage methods have focused on the use of tunnels, for example the design of the Yucca Mountain storage facility. Other techniques involve boreholes, including vertical boreholes, drilled into crystalline basement rock. Other conventional techniques involve forming a tunnel with boreholes emerging from the walls of the tunnel at a shallow level to allow human access.
일반적인 구현예에서, 유해 물질 저장 리파지토리(hazardous material storage repository)는, 땅속으로 연장되며 적어도 지표면에 근접한 입구를 포함하는 드릴홀(drillhole) - 드릴홀은 실질적인 수직 드릴홀 부분, 실질적인 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀(transition drillhole) 부분, 및 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하며, 전이 드릴홀 부분 또는 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는, 지표면 쪽으로 수직으로 지향되고 실질적인 수직 드릴홀 부분과 전이 드릴홀 부분 사이의 교차점으로부터 멀리 떨어진 격리 드릴홀(isolation drillhole) 부분을 포함함 -; 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 위치되는 저장 캐니스터 - 저장 캐니스터는 드릴홀 입구로부터, 드릴홀의 실질적인 수직 드릴홀 부분, 전이 드릴홀 부분을 통하여, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내에 맞도록 크기가 이루어지며, 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동(inner cavity)을 포함함 -; 드릴홀 내에 위치되는 시일(seal) - 시일은 드릴홀의 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 드릴홀의 입구로부터 격리시킴 - 을 포함한다.In a typical embodiment, a hazardous material storage repository is a drillhole extending into the ground and comprising an entrance at least proximate to the earth's surface, the drillhole being in a substantially vertical drill hole portion, in a substantially vertical drill hole portion. a transition drillhole portion connected thereto, and a hazardous substance storage drillhole portion connected to the transition drillhole portion, wherein at least one of the transition drillhole portion or the hazardous substance storage drillhole portion is oriented perpendicularly toward the earth's surface and is substantially including an isolation drillhole portion remote from the intersection between the vertical drill hole portion and the transitional drill hole portion; A storage canister positioned in the hazardous material storage drill hole portion - the storage canister is sized to fit within the hazardous material storage drill hole portion from the drill hole entrance, through the substantially vertical drill hole portion of the drill hole, through the transition drill hole portion, the canister includes an inner cavity sized to enclose the hazardous material; A seal positioned within the drill hole includes a seal that isolates the hazardous material storage drill hole portion of the drill hole from the entrance of the drill hole.
일반적인 구현예와 결합 가능한 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 제1 깊이로 전이 드릴홀 부분에 연결된 근위 단부 및 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 근위 단부 반대편의 원위 단부를 포함하는 수직 경사 드릴홀 부분을 포함한다.In an aspect combinable with a general implementation, the isolated drill hole portion includes a proximal end connected to the transition drill hole portion to a first depth and a distal end opposite the proximal end to a second depth that is shallower than the first depth. includes
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 수직 경사 드릴홀 부분은 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the vertically inclined drill hole portion comprises a hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 수직 경사 드릴홀 부분의 경사각은 수직 경사 드릴홀 부분을 둘러싸는 지질층의 교란 구역(disturbed zone)과 연관된 거리 및 실질적인 수직 드릴홀 부분과 저장 캐니스터의 최하부에 접하는 거리의 길이에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the angle of inclination of the vertically inclined drill hole portion is a distance associated with a disturbed zone of the geological layer surrounding the vertically inclined drill hole portion and a substantially vertical drill hole portion and is determined based at least in part on the length of the distance tangent to the bottom of the storage canister.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 지질층의 교란 구역과 연관된 거리는 교란 구역의 외주(外周)와 수직 경사 드릴홀 부분의 방사상 중심선 사이의 거리를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the distance associated with the disturbance zone of the geological layer comprises a distance between the perimeter of the disturbance zone and the radial centerline of the vertically inclined drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 경사각은 약 3도이다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the angle of inclination is about 3 degrees.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 실질적인 수직 드릴홀 부분과 유해 물질 저장 드릴홀 부분 사이에 결합된 J 섹션 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion comprises a J section drill hole portion coupled between the substantially vertical drill hole portion and the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, J 섹션 드릴홀 부분은 전이 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the J section drill hole portion comprises a transition drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 실질적인 수평 드릴홀 부분 또는 수직 경사 드릴홀 부분 중 적어도 하나를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion comprises at least one of a substantially horizontal drill hole portion or a vertically inclined drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 전이 드릴홀 부분에 결합된 수직 파동형(vertically undulating) 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion includes a vertically undulating drill hole portion coupled to the transition drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 전이 드릴홀 부분은 실질적인 수직 드릴홀 부분과 수직 파동형 드릴홀 부분 사이에 만곡형 드릴홀(curved drillhole) 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the transitional drillhole portion includes a curved drillhole portion between the substantially vertical drillhole portion and the vertical undulating drillhole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 셰일(shale)층, 염(salt)층, 또는 다른 불투과성 층 중 적어도 하나를 포함하는 장벽 층 내에 또는 그 아래에 위치된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is in a barrier layer comprising at least one of a shale layer, a salt layer, or another impermeable layer or located below it
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층에 의해, 이동수(mobile water)를 포함하는 지하 구역(subterranean zone)으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is vertically isolated from a subterranean zone comprising mobile water by a barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층 아래에 형성되고, 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is formed below the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing mobile water by the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층 내에 형성되고, 장벽 층의 적어도 일부에 의해 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is formed in the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing the moving water by at least a portion of the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 0.01 밀리다시(millidarcys) 미만의 투과성을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a permeability of less than about 0.01 millidarcys.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 10 MPa 미만의 취성을 포함하고, 취성은 장벽 층의 인장 강도에 대한 장벽 층의 압축 응력의 비를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a brittleness of less than about 10 MPa, wherein the brittleness comprises a ratio of a compressive stress of the barrier layer to a tensile strength of the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서 적어도 약 100 피트(약 30.48 m)의 두께를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a thickness of at least about 100 feet (about 30.48 m) proximate the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서, 유해 물질의 반감기에 기초한 시간 동안 저장 캐니스터를 빠져 나가는 유해 물질의, 장벽 층을 통한 확산을 억제하는 두께를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer provides a barrier layer, proximate to the hazardous material storage drill hole portion, of the hazardous material exiting the storage canister for a time based on the half-life of the hazardous material. Include a thickness that inhibits diffusion through.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 20 내지 30 체적 당 중량%의 점토 또는 유기 물질을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises from about 20 to 30 weight percent clay or organic material per volume.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 불투과성 층을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises an impermeable layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 10,000년 이상의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의되는 누출 장벽을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a leak barrier defined by a time constant for leakage of a hazardous substance of at least 10,000 years.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 탄화수소 또는 이산화탄소 보유층을 포함한다.In another aspect combinable with any of the preceding aspects, the barrier layer comprises a hydrocarbon or carbon dioxide retention layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질은 사용후 핵연료를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material comprises spent nuclear fuel.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 지표면으로부터 또는 그 근접한 곳으로부터, 드릴홀을 통해, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 적어도 하나의 케이싱 조립체를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects further comprises at least one casing assembly extending from or proximate to the ground surface, through the drill hole, and into the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 저장 캐니스터는 다운홀 툴 스트링(downhole tool string) 또는 다른 저장 캐니스터 중 적어도 하나에 결합되도록 구성된 연결 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the storage canister includes a connecting portion configured to couple to at least one of a downhole tool string or another storage canister.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 나선형 드릴홀을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion comprises a helical drill hole.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은, 격리 드릴홀 부분이 형성되는 암석층의 응력 상태와 무관한 특정 기하학적 형상을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion comprises a particular geometry independent of the stress state of the rock layer in which the isolation drill hole portion is formed.
다른 일반적인 구현예에서, 유해 물질 저장 방법은 지표면 내로 연장되는 드릴홀의 입구를 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 - 입구는 적어도 지표면에 근접하며, 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함함 -; 실질적인 수직 드릴홀 부분, 실질적인 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 드릴홀을 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 - 전이 드릴홀 부분 또는 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는, 지표면 쪽으로 수직으로 지향되고 실질적인 수직 드릴홀 부분과 전이 드릴홀 부분 사이의 교차점으로부터 멀리 떨어진 격리 드릴홀 부분을 포함함 -; 저장 캐니스터를 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 이동시키는 단계; 드릴홀의 저장 부분을 드릴홀의 입구로부터 격리시키는 시일을 드릴홀 내에 형성하는 단계를 포함한다.In another general embodiment, a method of storing a hazardous material comprises moving the storage canister through an inlet of a drill hole extending into the ground surface, the inlet proximate at least to the ground surface, the storage canister comprising an interior cavity sized to enclose the hazardous material Ham -; moving the storage canister through a drill hole comprising a substantially vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the substantially vertical drill hole portion, and a hazardous material storage drill hole portion connected to the transition drill hole portion - a transition drill hole portion or at least one of the hazardous material storage drill hole portions comprises an isolated drill hole portion directed vertically toward the ground surface and remote from the intersection between the substantially vertical drill hole portion and the transitional drill hole portion; moving the storage canister into the hazardous material storage drill hole portion; and forming a seal in the drill hole that isolates the storage portion of the drill hole from the entrance of the drill hole.
일반적인 구현예와 결합 가능한 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 제1 깊이로 전이 드릴홀 부분에 결합된 근위 단부 및 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 근위 단부 반대편의 원위 단부를 포함하는 수직 경사 드릴홀 부분을 포함한다.In an aspect combinable with a general implementation, the isolation drill hole portion includes a proximal end coupled to the transition drill hole portion to a first depth and a distal end opposite the proximal end to a second depth that is shallower than the first depth. includes part.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 수직 경사 드릴홀 부분은 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the vertically inclined drill hole portion comprises a hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 수직 경사 드릴홀 부분의 경사각은 수직 경사 드릴홀 부분을 둘러싸는 지질층의 교란 구역과 연관된 거리 및 실질적인 수직 드릴홀 부분과 저장 캐니스터의 최하부에 접하는 거리의 길이에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the angle of inclination of the vertically inclined drill hole portion is a distance associated with the disturbance zone of the geological layer surrounding the vertically inclined drill hole portion and the substantially vertical drill hole portion and the bottom of the storage canister. is determined based at least in part on the length of the distance tangent to .
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 지질층의 교란 구역과 연관된 거리는 교란 구역의 외주와 수직 경사 드릴홀 부분의 방사상 중심선 사이의 거리를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the distance associated with the disturbance zone of the geological layer comprises a distance between the perimeter of the disturbance zone and the radial centerline of the vertically inclined drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 경사각은 약 3도이다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the angle of inclination is about 3 degrees.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 실질적인 수직 드릴홀 부분과 유해 물질 저장 드릴홀 부분 사이에 결합된 J 섹션 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion comprises a J section drill hole portion coupled between the substantially vertical drill hole portion and the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, J 섹션 드릴홀 부분은 전이 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the J section drill hole portion comprises a transition drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 실질적인 수평 드릴홀 부분 또는 수직 경사 드릴홀 부분 중 적어도 하나를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion comprises at least one of a substantially horizontal drill hole portion or a vertically inclined drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 격리 드릴홀 부분은 전이 드릴홀 부분에 결합된 수직 파동형 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the isolation drill hole portion includes a vertical undulation drill hole portion coupled to the transition drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 전이 드릴홀 부분은 실질적인 수직 드릴홀 부분과 수직 파동형 드릴홀 부분 사이에 만곡형 드릴홀 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the transition drill hole portion includes a curved drill hole portion between the substantially vertical drill hole portion and the vertical undulating drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 셰일층, 염층, 또는 다른 불투과성 층 중 적어도 하나를 포함하는 장벽 층 내에 또는 그 아래에 위치된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is located within or below a barrier layer comprising at least one of a shale layer, a salt layer, or another impermeable layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is vertically isolated from the subterranean area containing moving water by a barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층 아래에 형성되고, 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is formed below the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing mobile water by the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 장벽 층 내에 형성되고, 장벽 층의 적어도 일부에 의해 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리된다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material storage drill hole portion is formed in the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing the moving water by at least a portion of the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 0.01 밀리다시 미만의 투과성을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a permeability of less than about 0.01 millidash.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 10 MPa 미만의 취성을 포함하고, 취성은 장벽 층의 인장 강도에 대한 장벽 층의 압축 응력의 비를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a brittleness of less than about 10 MPa, wherein the brittleness comprises a ratio of a compressive stress of the barrier layer to a tensile strength of the barrier layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서 적어도 약 100 피트(약 30.48 m)의 두께를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a thickness of at least about 100 feet (about 30.48 m) proximate the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서, 유해 물질의 반감기에 기초한 시간 동안 저장 캐니스터를 빠져 나가는 유해 물질의, 장벽 층을 통한 확산을 억제하는 두께를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer provides a barrier layer, proximate to the hazardous material storage drill hole portion, of the hazardous material exiting the storage canister for a time based on the half-life of the hazardous material. Include a thickness that inhibits diffusion through.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 약 20 내지 30 체적 당 중량%의 점토 또는 유기 물질을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises from about 20 to 30 weight percent clay or organic material per volume.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 불투과성 층을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises an impermeable layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 10,000년 이상의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의되는 누출 장벽을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the barrier layer comprises a leak barrier defined by a time constant for leakage of a hazardous substance of at least 10,000 years.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 장벽 층은 탄화수소 또는 이산화탄소 보유층을 포함한다.In another aspect combinable with any of the preceding aspects, the barrier layer comprises a hydrocarbon or carbon dioxide retention layer.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 유해 물질은 사용후 핵연료를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the hazardous material comprises spent nuclear fuel.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 지표면으로부터 또는 그 근접한 곳으로부터, 드릴홀을 통해, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 적어도 하나의 케이싱 조립체를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects further comprises at least one casing assembly extending from or proximate to the ground surface, through the drill hole, and into the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 저장 캐니스터는 다운홀 툴 스트링 또는 다른 저장 캐니스터 중 적어도 하나에 결합되도록 구성된 연결 부분을 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the storage canister includes a connecting portion configured to couple to at least one of a downhole tool string or other storage canister.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 지표면 내로 연장되는 드릴홀의 입구를 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 이전에, 지표면으로부터 지하 지층으로 드릴홀을 형성하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects further comprises forming a drill hole from the ground surface into the subterranean formation prior to moving the storage canister through an inlet of the drill hole extending into the ground surface.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 지표면으로부터 또는 그 근접한 곳으로부터, 드릴홀을 통해, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 케이싱을 드릴홀 내에 설치하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects further comprises installing in the drill hole a casing extending from or proximate to the ground surface, through the drill hole, and into the hazardous material storage drill hole portion.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 케이싱을 드릴홀에 시멘트로 합착하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the above aspects further comprises cementing the casing to the drill hole.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 드릴홀을 형성하는 단계에 이어서, 지하 지층으로부터 드릴홀을 통해 지표면으로 탄화수소 유체를 생산하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects further comprises, subsequent to forming the drill hole, producing a hydrocarbon fluid from the subterranean formation through the drill hole to the ground surface.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 드릴홀로부터 시일을 제거하는 단계; 유해 물질 저장 드릴홀 부분으로부터 지표면으로 저장 캐니스터를 회수하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects includes removing the seal from the drill hole; retrieving the storage canister from the hazardous material storage drill hole portion to the ground surface.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접하게 위치된 센서로부터 저장 캐니스터와 연관된 적어도 하나의 변수를 모니터링하는 단계; 모니터링되는 변수를 지표면에서 기록하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects includes monitoring at least one variable associated with the storage canister from a sensor positioned proximate to the hazardous material storage drill hole portion; The method further includes recording the monitored variable on the ground surface.
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태에서, 모니터링되는 변수는 방사능 수준, 온도, 압력, 산소의 존재, 수증기의 존재, 액체 물의 존재, 산성도, 또는 지진 활동 중 적어도 하나를 포함한다.In another aspect combinable with any one of the preceding aspects, the monitored variable comprises at least one of radioactivity level, temperature, pressure, presence of oxygen, presence of water vapor, presence of liquid water, acidity, or seismic activity. .
전술한 양태들 중 어느 하나의 양태와 결합 가능한 다른 양태는 문턱값을 초과하는 모니터링되는 변수를 기초로, 드릴홀로부터 시일을 제거하는 단계; 유해 물질 저장 드릴홀 부분으로부터 지표면으로 저장 캐니스터를 회수하는 단계를 더 포함한다.Another aspect combinable with any one of the preceding aspects includes: removing a seal from a drill hole based on a monitored parameter exceeding a threshold; retrieving the storage canister from the hazardous material storage drill hole portion to the ground surface.
다른 일반적인 구현예에서, 유해 물질 저장 방법은 지표면 내로 연장되는 드릴홀의 입구를 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 - 입구는 적어도 지표면에 근접하며, 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함함 -; 실질적인 수직 드릴홀 부분, 실질적인 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 드릴홀을 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 - 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층(self-healing geological formation) 아래에 위치되고, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리됨 -; 저장 캐니스터를 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 이동시키는 단계; 드릴홀의 저장 부분을 드릴홀의 입구로부터 격리시키는 시일을 드릴홀 내에 형성하는 단계를 포함한다.In another general embodiment, a method of storing a hazardous material comprises moving the storage canister through an inlet of a drill hole extending into the ground surface, the inlet proximate at least to the ground surface, the storage canister comprising an interior cavity sized to enclose the hazardous material Ham -; moving the storage canister through a drill hole comprising a substantially vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the substantially vertical drill hole portion, and a hazardous material storage drill hole portion connected to the transition drill hole portion - hazardous material storage drill hole the part is located below a self-healing geological formation, and the hazardous material storage drill hole part is vertically isolated from the subterranean zone containing mobile water by a self-healing geological formation; moving the storage canister into the hazardous material storage drill hole portion; and forming a seal in the drill hole that isolates the storage portion of the drill hole from the entrance of the drill hole.
일반적인 구현예와 결합 가능한 양태에서, 자가 복원 지질층은 셰일, 염, 점토, 또는 백운석 중 적어도 하나를 포함한다.In an aspect combinable with a general embodiment, the self-repairing lipid layer comprises at least one of shale, salt, clay, or dolomite.
다른 일반적인 구현예에서, 유해 물질 저장 리파지토리는 땅속으로 연장되며 적어도 지표면에 근접한 입구를 포함하는 드릴홀 - 드릴홀은 실질적인 수직 드릴홀 부분, 실질적인 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하며, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층의 아래에 위치되고, 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리됨 -; 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 위치되는 저장 캐니스터 - 저장 캐니스터는 드릴홀 입구로부터, 드릴홀의 실질적인 수직 드릴홀 부분, 전이 드릴홀 부분을 통하여, 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내에 맞도록 크기가 이루어지며, 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함함 -; 드릴홀 내에 위치되는 시일 - 시일은 드릴홀의 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 드릴홀의 입구로부터 격리시킴 - 을 포함한다.In another typical embodiment, the hazardous material storage repository is a drill hole extending underground and comprising an entrance proximate to the earth's surface, the drill hole comprising a substantially vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the substantially vertical drill hole portion, and a transition drill a hazardous material storage drill hole portion connected to the hole portion, wherein the hazardous material storage drill hole portion is located under the self-recovering geological layer, and the hazardous material storage drill hole portion is removed from the subterranean area containing moving water by the self-recovering geological layer vertically isolated -; A storage canister positioned in the hazardous material storage drill hole portion - the storage canister is sized to fit within the hazardous material storage drill hole portion from the drill hole entrance, through the substantially vertical drill hole portion of the drill hole, through the transition drill hole portion, the canister includes an interior cavity sized to enclose the hazardous material; A seal positioned within the drill hole comprises a seal that isolates the hazardous material storage drill hole portion of the drill hole from the entrance of the drill hole.
일반적인 구현예와 결합 가능한 양태에서, 자가 복원 지질층은 셰일, 염, 점토, 또는 백운석 중 적어도 하나를 포함한다.In an aspect combinable with a general embodiment, the self-repairing lipid layer comprises at least one of shale, salt, clay, or dolomite.
본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리의 구현예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리는 임의의 근처의 이동수로부터 떨어져서 수천 피트의 지하에 위치된 저장 리파지토리 내에서의 유해 물질의 복수의 레벨의 봉쇄를 가능케 할 수 있다. 본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리는 또한 수백만 년 동안 탄화수소를 그 내부에 유체 밀봉시켜온 것으로 입증된 지하 구역에 유해 물질의 저장 영역을 생성 또는 형성하기 위해 입증된 기법들(예를 들면, 드릴링)을 사용할 수 있다. 다른 예로서, 본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리는 낮은 투과성, 두께, 및 연성 등을 포함하여 해당 저장에 적합한 지질 특성들을 갖는 셰일층에 유해 물질(예를 들면, 방사성 폐기물)을 장기간(예를 들면, 수천 년) 저장할 수 있다. 또한, 종종 길이가 1 마일(약 1,609 m)을 초과하는 긴 수평 보어홀들을 용이하게 하는 지향성 드릴링 기법(directional drilling technique)들로 인해 - 종래의 저장 기법들에 비해 - 보다 대량의 유해 물질이 저비용으로 저장될 수 있다. 또한, 이러한 저장에 적합한 지질 특성들을 갖는 암석층들은 유해 물질이 발견되거나 생성될 수 있는 장소 근방에서 발견될 수 있으며, 그에 따라 이러한 유해 물질의 운송과 관련된 위험을 저감시킨다.Embodiments of hazardous substance storage repositories in accordance with the present invention may include one or more of the following features. For example, hazardous material storage repositories in accordance with the present invention may enable containment of multiple levels of hazardous materials within storage repositories located thousands of feet underground away from any nearby moving water. Hazardous material storage repositories in accordance with the present invention also provide proven techniques (eg, drilling) to create or form storage areas of hazardous materials in subterranean areas that have been shown to have fluid sealed hydrocarbons therein for millions of years. can be used As another example, a hazardous material storage repository according to the present invention may store hazardous materials (e.g., radioactive waste) in a shale layer having geological properties suitable for storage, including low permeability, thickness, and ductility, etc. for a long period of time (e.g., , thousands of years) can be stored. Also, due to directional drilling techniques facilitating long horizontal boreholes, often exceeding a mile (about 1,609 m) in length - compared to conventional storage techniques - larger quantities of hazardous materials are available at lower cost. can be stored as In addition, rock formations with geological properties suitable for such storage may be found in the vicinity of places where hazardous substances may be found or produced, thereby reducing the risks associated with the transport of such hazardous substances.
본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리의 구현예들은 또한 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 큰 저장 용량은 다시 농축 또는 상이한 형태들 또는 캐니스터들로의 이송과 같은 복잡한 사전 처리를 필요로 함이 없이 유해 물질들의 저장이 배치되게 할 수 있다. 추가의 예로서, 예를 들어 원자로로부터의 핵 폐기물의 경우에, 폐기물은 그 원래의 펠릿들에, 변형 없이, 또는 그 원래의 연료봉들에 또는 수십 개의 연료봉을 포함하는 그 원래의 연료 집합체들에 보관될 수 있다. 다른 양태에서, 유해 물질은 원래의 홀더에 유지될 수 있으나, 유해 물질들과 구조물 사이의 간극들을 메우기 위해 시멘트 또는 다른 물질이 홀더에 주입된다. 예를 들면, 유해 물질이 연료봉들 내에 저장되고 연료봉들은 다시 연료 집합체들 내에 저장된 경우, 연료봉들 사이의 공간들(원자로 내부에서는 전형적으로 물로 채워짐)은 외부 세계로부터의 또 다른 추가 격리 층을 제공하기 위해 시멘트 또는 다른 물질로 채워질 수 있다. 또 다른 예로서, 유해 물질의 안전하면서 저비용의 저장이 용이하게 되는 한편, 저장된 물질들을 회수하기에 상황이 유리하다고 여겨지면 이러한 물질이 여전히 회수될 수 있게 한다.Embodiments of hazardous substance storage repositories in accordance with the present invention may also include one or more of the following features. The large storage capacity can again allow storage of hazardous substances to be deployed without requiring complicated pre-processing such as concentration or transfer to different forms or canisters. As a further example, in the case of, for example, nuclear waste from a nuclear reactor, the waste may be stored in its original pellets, without modification, or in its original fuel rods or its original fuel assemblies comprising dozens of fuel rods. can be stored. In another aspect, the hazardous material may be retained in the original holder, but cement or other material is injected into the holder to fill the gaps between the hazardous material and the structure. For example, when hazardous material is stored within fuel rods and the fuel rods are stored again within fuel assemblies, the spaces between the fuel rods (typically filled with water inside a nuclear reactor) provide another additional layer of isolation from the outside world. It may be filled with cement or other material for As another example, the safe and low-cost storage of hazardous materials may be facilitated while still allowing such materials to be recovered if circumstances favor the recovery of the stored materials.
본 발명에 기재된 주제의 하나 이상의 구현예의 세부 사항들이 첨부 도면들 및 이하의 설명에 명시된다. 주제의 다른 특징들, 양태들, 및 이점들은 상세한 설명, 도면, 및 청구범위로부터 분명해질 것이다.The details of one or more implementations of the subject matter described herein are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, aspects, and advantages of the subject matter will become apparent from the detailed description, drawings, and claims.
도 1a는 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 예시적인 구현예의 개략도.
도 1b는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 경사 부분의 최소 각도의 예시적인 결정을 도시하는, 도 1a의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 예시적인 구현예의 일부의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 다른 예시적인 구현예의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 다른 예시적인 구현예의 개략도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 다른 예시적인 구현예들의 개략도.
도 5a는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 다른 예시적인 구현예의 개략도의 평면도, 및 도 5b 내지 도 5c는 그 측면도.1A is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a hazardous material storage repository system during an accumulation or recovery operation in accordance with the present invention;
1B is a schematic diagram of a portion of an exemplary embodiment of the hazardous materials storage repository system of FIG. 1A , showing an exemplary determination of a minimum angle of a sloped portion of the hazardous materials storage repository system;
2 is a schematic diagram of another exemplary embodiment of a hazardous material storage repository system during an accumulation or recovery operation in accordance with the present invention;
3 is a schematic diagram of another exemplary embodiment of a hazardous material storage repository system during an accumulation or recovery operation in accordance with the present invention;
4A-4C are schematic diagrams of other exemplary embodiments of a hazardous substance storage repository system in accordance with the present invention;
5A is a top view of a schematic diagram of another exemplary embodiment of a hazardous substance storage repository system, and FIGS. 5B-5C are side views thereof.
도 1a는 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템, 예를 들면 유해 물질의 장기적(예를 들면, 수십, 수백, 또는 수천 년 이상)이지만 회수 가능한 안전하고 보안적인 저장을 위한 지하 위치(subterranean location)의 예시적인 구현예의 개략도이다. 예를 들어 도 1a를 참조하면, 이 도면은 축적(또는 아래에 기술되는, 회수) 프로세스 중의, 예를 들면 지하 지층에 유해 물질의 하나 이상의 캐니스터를 전개하는 중의 예시적인 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)을 도시한다. 예시된 바와 같이, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)은 지표면(102)으로부터 그리고 복수의 지하 층(112, 114, 116, 및 132)을 통해서 (예를 들면, 드릴링 등으로) 형성된 드릴홀(drillhole)(104)을 포함한다. 지표면(102)은 육지면(land surface)으로 도시되어 있으나, 지표면(102)은 호수 또는 해저 또는 수역 아래의 다른 표면과 같은 해중(海中) 또는 다른 수중 표면일 수 있다. 그래서, 본 발명은 드릴홀(104)이 수역 위 또는 그 근처의 드릴링 위치로부터 수역 아래로 형성될 수 있음을 고려한다.1A shows a hazardous material storage repository system during an accumulation or recovery operation in accordance with the present invention, eg underground for long-term (eg, tens, hundreds, or thousands of years or more) but recoverable safe and secure storage of hazardous materials; A schematic diagram of an exemplary implementation of a subterranean location. 1A, which illustrates an exemplary hazardous material
예시된 드릴홀(104)은 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)에 관한 본 예에서는 지향성 드릴홀이다. 예를 들어, 드릴홀(104)은 둥근 부분 또는 만곡 부분(108)에 연결된 실질적인 수직 부분(106)을 포함하며, 둥근 부분 또는 만곡 부분(108)은 다시 경사 부분(110)에 연결된다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 드릴홀의 배향의 맥락에서 "실질적으로"는 정확하게 수직[예를 들면, 지표면(102)에 정확히 직교]하지 않을 수 있거나 또는 정확하게 수평[예를 들면, 지표면(102)에 정확하게 평행]하지 않을 수 있거나, 또는 지표면(102)에 대해 특정 경사각으로 정확하게 경사지지 않을 수 있는 드릴홀들을 지칭한다. 다시 말해서, 수직 드릴홀들은 종종 진수직 방향(true vertical direction)으로부터 오프셋되어 파동형을 이루며, 그래서 진수직으로부터 이탈된 각도로 드릴링될 수 있고, 경사진 드릴홀들은 종종 진경사 각도(true incline angle)로부터 오프셋되어 파동형을 이룬다. 또한, 몇몇 양태에서, 경사진 드릴홀은 드릴홀의 길이에 걸쳐서 [예를 들면, 도(degree) 단위로] 정확하게 균일한 경사를 갖거나 나타내지 않을 수 있다. 대신에, 드릴홀의 경사는 그 길이에 걸쳐서 (예를 들면, 1-5 도만큼) 변할 수 있다. 이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(104)의 3개의 부분 - 수직 부분(106), 둥근 부분(108), 및 경사 부분(110) - 은 땅속으로 연장되는 연속적인 드릴홀(104)을 형성한다.The illustrated
도시된 드릴홀(104)은 이 예에서, 지표면(102)으로부터 땅속의 특정 깊이로 드릴홀(104)의 둘레에 위치하고 설정되는 표면 케이싱(120)을 갖는다. 예를 들어, 표면 케이싱(120)은 얕은 층에서 드릴홀(104)의 둘레에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 비교적 큰 직경의 관형 부재(또는 일련의 부재들)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "튜브형"은 원형 단면, 타원형 단면, 또는 다른 형상의 단면을 갖는 부재를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 이 구현예에서, 표면 케이싱(120)은 지표면으로부터 표층(surface layer)(112)을 통해 연장된다. 표층(112)은 이 예에서, 하나 이상의 층상 암석(layered rock) 층으로 구성된 지질층이다. 몇몇 양태에서, 이 예의 표층(112)은 담수 대수층(freshwater acquifers), 염수 또는 브라인(brine) 공급원 또는 다른 이동수(mobile water) 공급원(예를 들면, 지질층을 통과하여 이동하는 물)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 몇몇 양태에서, 표면 케이싱(120)은 드릴홀(104)을 이러한 이동수로부터 격리시킬 수 있고, 드릴홀(104)에 설치되는 다른 케이싱 스트링(casing strings)을 위한 매달림 위치(hanging location)를 또한 제공할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 드릴링 유체가 표층(112)으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 표면 케이싱(120)의 위에[예를 들면, 표면 케이싱(120)과 지표면(102) 사이에서 표층(112) 내에] 컨덕터 케이싱(conductor casing)이 설정될 수 있다.The
도시된 바와 같이, 생산 케이싱(production casing)(122)이 표면 케이싱(120)의 드릴홀(104) 다운홀 내에 위치하고 설정된다. 이 예에서는 "생산" 케이싱이라 명명되고 있으나, 케이싱(122)은 탄화수소 생산 작업을 거쳤거나 거치지 않았을 수 있다. 그래서, 케이싱(122)은 표면 케이싱(120)의 드릴홀(104) 다운홀에 내에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 임의의 형태의 관형 부재를 지칭하고 이를 포함한다. 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 몇몇 예에서, 생산 케이싱(122)은 둥근 부분(108)의 단부에서 시작하여 경사 부분(110) 전체에 걸쳐서 연장될 수 있다. 케이싱(122)은 또한 둥근 부분(108) 내로 그리고 수직 부분(106) 내로도 연장될 수 있다.As shown, a
도시된 바와 같이, 케이싱(120 및 122)과 드릴홀(104) 사이에서 환상(環狀)으로 케이싱(120 및 122)의 둘레에 시멘트(130)가 위치(예를 들면, 펌핑)된다. 시멘트(130)는 예를 들면, 지표면(102) 아래의 지하 층들을 통해 케이싱들(120 및 122)[및 드릴홀(104)의 임의의 다른 케이싱들 또는 라이너들]을 고정할 수 있다. 몇몇 양태에서, 시멘트(130)는 케이싱들[예를 들면, 케이싱들(120 및 122) 및 임의의 다른 케이싱들]의 전체 길이를 따라 설치될 수도 있고, 또는 특정 드릴홀(102)에 적합한 경우 시멘트(130)는 케이싱들의 특정 부분들을 따라 사용될 수도 있다. 시멘트(130)는 또한 캐니스터(126)들 내의 유해 물질에 대한 추가적인 봉쇄 층을 제공할 수 있다.As shown,
드릴홀(104) 및 관련 케이싱들(120 및 122)은 다양한 예시적인 치수 및 다양한 예시적인 깊이[예를 들면, 진수직 깊이(true vertical depth), 즉 TVD]로 형성될 수 있다. 예를 들어, 컨덕터 케이싱(도시되지 않음)은 약 28 인치(약 71.12 cm) 내지 60 인치(152.4 cm)의 직경으로 약 120 피트(약 36.57 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(120)은 약 22 인치(약 55.88 cm) 내지 48 인치(약 121.92 cm)의 직경으로 약 2500 피트(약 762 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(120)과 생산 케이싱(122) 사이의 중간 케이싱(도시되지 않음)은 약 16 인치(약 40.64 cm) 내지 36 인치(약 91.44 cm)의 직경으로 약 8000 피트(약 2438.4 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 생산 케이싱(122)은 약 11 인치(약 27.94 cm) 내지 22 인치(약 55.88 cm)의 직경으로 [예를 들면, 경사 부분(110)을 케이스화하기 위해] 경사지게 연장될 수 있다. 전술한 치수들은 단지 예로서 제공된 것이며 다른 치수들(예를 들면, 직경들, TVD들, 길이들)도 본 발명에 의해 고려된다. 예를 들어, 직경과 TVD는 복수의 지하 층(112, 114, 116, 및 132) 중 하나 이상 층의 특정 지질 조성, 특정 드릴링 기법뿐만 아니라, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)에 축적되는 유해 물질을 포함하는 유해 물질 캐니스터(126)의 크기, 형상, 또는 디자인에 따라서도 달라질 수 있다. 몇몇 대체의 예에서, 생산 케이싱(122)[또는 드릴홀(104) 내의 다른 케이싱]은 단면이 원형이거나, 단면이 타원형이거나, 또는 다른 형상일 수 있다.
도시된 바와 같이, 드릴홀(104)의 수직 부분(106)은 지하 층들(112, 114, 116, 및 132)을 통해 연장되며, 이 예에서는 지하 층(119)에 착지하고 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 표층(112)은 이동수를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이 예에서 표층(112)의 아래에 있는 지하 층(114)이 이동수 층(114)이다. 예를 들어, 이동수 층(114)은 담수 대수층, 염수 또는 브라인과 같은 이동수의 하나 이상의 공급원, 또는 다른 이동수의 공급원을 포함할 수 있다. 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 이 예에서, 이동수는 지하 층의 전체 또는 일부에 걸친 압력 차에 기초하여 지하 층을 통해 이동하는 물일 수 있다. 예를 들면, 이동수 층(114)은, 층(114) 내에서 물이 (예를 들면, 압력 차 등으로 인해) 자유롭게 이동하는 투과성 지질층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 이동수 층(114)은 특정 지리적 영역에서 인간이 소비할 수 있는 물의 주 공급원일 수 있다. 이동수 층(114)을 구성할 수 있는 암석층의 예들로는 다공질 사암(porous sandstones) 및 석회석 등이 포함된다.As shown, a
불투과성 층(116) 및 저장 층(119)과 같은 다른 도시된 층들은 부동수(immobile water)를 포함할 수 있다. 부동수는 몇몇 양태에서, 인간 또는 동물의 소비 또는 양자 모두의 소비에 적합하지 않은 물(예를 들면, 담수, 염수, 브라인)이다. 부동수는 몇몇 양태에서, 층들(116 또는 119)(또는 양자 모두)을 통한 그 이동에 의해 10,000년 또는 그 이상(예컨대, 1,000,000년까지) 이내에 이동수 층(114), 지표면(102), 또는 양자 모두에 도달할 수 없는 물일 수 있다.Other illustrated layers such as
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 이 예시적인 구현예에서 이동수 층(114)의 아래에는 불투과성 층(116)이 있다. 불투과성 층(116)은 이 예에서 이동수가 통과하는 것을 허용하지 않을 수 있다. 그래서, 이동수 층(114)에 비해, 불투과성 층(116)은 낮은 투과성, 예를 들면 나노다시(nanodarcy) 정도의 투과성을 가질 수 있다. 또한, 이 예에서, 불투과성 층(116)은 비교적 비연성(non-ductile)(즉, 취성)의 지질층일 수 있다. 비연성의 척도 중 하나는 취성(brittleness)이며, 이는 인장 강도에 대한 압축 응력의 비이다. 몇몇 예에서, 불투과성 층(116)의 취성은 약 20 MPa 내지 40 MPa 사이일 수 있다.Underneath the
이 예에 도시된 바와 같이, 불투과성 층(116)은 저장 층(119)보다 더 얕다[예를 들면, 지표면(102)에 더 가까움]. 이 예에서, 불투과성 층(116)을 구성할 수 있는 암석층은 예를 들면, 상술한 바와 같은 투과성 및 취성 특성들을 나타내는 특정 종류의 사암, 이암, 점토, 및 슬레이트를 포함한다. 대체의 예들에서, 불투과성 층(116)은 저장 층(119)보다 더 깊을 수 있다[예를 들면, 지표면(102)으로부터 더 멀리에 있을 수 있음]. 이러한 대체의 예들에서, 불투과성 층(116)은 화강암과 같은 화성암으로 구성될 수 있다.As shown in this example, the
불투과성 층(116)의 아래에는 저장 층(119)이 있다. 저장 층(119)은 이 예에서 여러 가지 이유로 유해 물질을 저장하는 경사 부분(110)에 대한 착지부(landing)로 선택될 수 있다. 불투과성 층(116) 또는 다른 층들에 비해, 저장 층(119)은 두꺼울 수 있는데, 예를 들면 약 100 피트(약 30.48 m) 내지 200 피트(약 60.96 m) 사이의 총 수직 두께일 수 있다. 저장 층(119)의 두께는 시공(예를 들면, 드릴링) 중에 보다 용이한 착지 및 지향성 드릴링을 가능케 하여, 경사 부분(110)이 저장 층(119) 내에 수월하게 배치될 수 있게 한다. 저장 층(119)의 대략적인 수평 중심을 통해 형성되는 경우, 경사 부분(110)은 저장 층(119)을 포함하는 약 50 피트(약 15.24 m) 내지 100 (약 30.48 m) 피트의 지질층에 의해 둘러싸일 수 있다. 게다가, 저장 층(119)은 또한 예를 들면, 층(119)의 매우 낮은 투과성(예를 들면, 밀리다시 또는 나노다시 정도)으로 인해 부동수만을 가질 수 있다. 또한, 저장 층(119)은 이 층(119)을 포함하는 암석층의 취성이 약 3 MPa 내지 10 MPa 사이가 되도록 충분한 연성을 가질 수 있다. 저장 층(119)을 구성할 수 있는 암석층의 예들로는 셰일(shale) 및 경석고(anhydrite)가 포함된다. 또한, 몇몇 양태에서, 저장 층이 투과성 층을 이동수 층(114)으로부터 격리시키기에 충분한 지질 특성들을 갖는 경우, 유해 물질은 저장 층의 아래에, 심지어는 사암 또는 석회석과 같은 투과성 층에도 저장될 수 있다.Below the
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 몇몇 예시적인 구현예에서, 저장 층(119)[및/또는 불투과성 층(116)]은 셰일로 구성된다. 셰일은 몇몇 예에서, 저장 층(119)에 대해 위에서 설명된 것들에 적합한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 셰일층들은 [예를 들면, 유해 물질 캐니스터(126) 내에서의] 유해 물질의 장기 봉쇄 그리고 이동수 층(114)(예를 들면, 대수층) 및 지표면(102)으로부터의 그 격리에 적합할 수 있다. 셰일층들은 땅속의 비교적 깊은 곳, 전형적으로 3000 피트(약 914.4 m) 이상에서 발견될 수 있으며, 임의의 담수 대수층 아래에 격리 배치될 수 있다. 다른 층들은 염(salt)층 또는 다른 불투과성 층을 포함할 수 있다.In some example implementations of hazardous material
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 예를 들어, 물질의 장기(예를 들면, 수천 년) 격리를 향상시키는 지질 특성들을 포함할 수 있다. 이러한 특성들은 예를 들면, 탄화수소 유체(예를 들면, 가스, 액체, 혼합상 유체)의 상당한 분량이 주변 층들[예를 들면, 이동수 층(114)]로 빠져 나가는 일 없는 이러한 유체의 장기 저장(예를 들면, 수천만 년)을 통해 예시되어 왔다. 실제로, 셰일은 수백만 년 이상 동안 천연 가스를 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 이는 유해 물질의 장기 저장에 대한 입증된 능력을 부여한다. 예시적인 셰일층들(예를 들면, Marcellus, Eagle Ford, Barnett 등)은, 수백만 년 동안 물, 기름, 및 가스의 이동을 방지하는 데 효과적인 다수의 중복 밀봉층을 포함하고, 이동수가 결여되어 있으며, 축적 후 수천 년 동안 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)을 밀봉할 것으로 (예를 들면, 지질학적 고려 사항들에 기초하여) 예상될 수 있는 성층(stratification)을 갖는다.A shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may, for example, contain geological properties that enhance long-term (eg, thousands of years) sequestration of material. These properties are characteristic, for example, of long-term storage of hydrocarbon fluids (eg, gases, liquids, mixed-phase fluids) without significant amounts of such fluids escaping into surrounding layers (eg, bed of mobile water 114 ). eg, tens of millions of years). In fact, shale has been shown to hold natural gas for more than millions of years, giving it a proven ability for long-term storage of hazardous substances. Exemplary shale layers (e.g., Marcellus, Eagle Ford, Barnett, etc.) contain multiple overlapping sealing layers effective to prevent the movement of water, oil, and gas over millions of years, and lack migration water; It has stratification (eg, based on geological considerations) that can be expected to seal (eg, based on geological considerations) a hazardous material (eg, fluid or solid) for thousands of years after accumulation.
몇몇 양태에서, 저장 층(119) 및/또는 불투과성 층(116)의 층은 수백 년, 수천 년, 수만 년, 수십만 년, 또는 심지어 수백만 년 동안의 탄화수소 또는 다른 유체(예를 들면, 이산화탄소)에 대한 층의 저장 능력의 증거에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있는 누출 장벽 또는 유체 누출에 대한 장벽 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 저장 층(119) 및/또는 불투과성 층(116)의 장벽 층은 탄화수소 또는 다른 유체의 저장에 대한 이러한 증거에 기초하여 10,000년 이상(예컨대, 약 10,000년 내지 1,000,000년 사이) 동안의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의될 수 있다.In some embodiments, the layers of the
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 또한 적절한 깊이, 예를 들면 3000 피트(약 914.4 m) TVD 내지 12,000 피트(약 3657.6 m) TVD에 있을 수 있다. 이러한 깊이는 전형적으로 지하수 대수층[예를 들면, 표층(112) 및/또는 이동수 층(114)] 아래에 있다. 또한, 염을 포함한 셰일 내의 가용성 원소들의 존재 및 대수층 내의 이들 동일 원소들의 부재는 셰일과 대수층 사이의 유체 격리를 보여준다.The shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may also be at a suitable depth, for example 3000 feet (about 914.4 m) TVD to 12,000 feet (about 3657.6 m) TVD. This depth is typically below groundwater aquifers (eg,
셰일 자체가 유해 물질 저장에 유리하게 될 수 있게 하는 셰일의 다른 특정 품질은 그 점토 함량이며, 이는 몇몇 양태에서 다른 불투과성 암석층들[예를 들면, 불투과성 층(116)]에서 보게 되는 것보다 더 큰 연성 측정치를 제공한다. 예를 들어, 셰일은 층화(層化)되어, 점토들(예를 들면, 약 20 내지 30 체적 당 중량% 사이의 점토) 및 다른 광물들의 교호적인 박층들로 구성될 수 있다. 이러한 조성은 불투과성 층의 암석층(예를 들면, 백운석 등)과 비교하여, 셰일이 덜 취성이 되게 하며, 그래서 (예를 들면, 자연적으로 또는 달리) 파쇄에 덜 취약하게 할 수 있다. 예를 들어, 불투과성 층(116)의 암석층은 유해 물질의 장기 저장에 적합한 투과성을 가질 수는 있으나, 너무 취성이고 흔히 파쇄된다. 그래서, 이러한 층들은 유해 물질의 장기 저장에 (그 지질 특성들을 통해 입증된) 충분한 밀봉 품질을 갖지 않을 수 있다.Another particular quality of a shale that makes it itself advantageous for hazardous material storage is its clay content, which in some embodiments is higher than that seen in other impermeable rock layers (eg, impermeable layer 116 ). It provides a greater measure of ductility. For example, shale may be stratified and composed of alternating thin layers of clays (eg, between about 20 and 30 weight percent clay by volume) and other minerals. This composition may render the shale less brittle and thus less susceptible to fracture (eg, naturally or otherwise) compared to rock layers of impermeable layers (eg, dolomite, etc.). For example, the rock layers of
본 발명은 예시된 지하 층들(112, 114, 116, 및 119) 간에 또는 이들 사이에 많은 다른 층이 존재할 수 있음을 고려한다. 예를 들면, (예를 들면, 수직으로) 하나 이상의 이동수 층(114), 불투과성 층(116), 및 저장 층(119)의 반복 패턴이 있을 수 있다. 또한, 몇몇 예에서, 저장 층(119)은 이동수 층(114)에 (예를 들면, 수직으로) 바로 인접할 수 있는데, 즉 개재된 불투과성 층(116) 없이 이루어질 수 있다. 몇몇 예에서, 둥근 드릴홀(108) 및 경사 드릴홀(110)의 전체 또는 일부는 저장 층(119)의 아래에 형성될 수도 있으며, 그래서 저장 층(119)(예를 들면, 본 명세서에 기술된 특성들을 갖는 셰일층 또는 다른 지질층)은 수직으로 경사 드릴홀(110)과 이동수 층(114)의 사이에 위치된다.The present invention contemplates that many other layers may exist between or between the illustrated
또한, 이 예시적인 구현예에서, 자가 복원 층(132)을, 지표면(102) 아래에서, 예를 들면 표면(102)과 불투과성 층(116) 및 저장 층(119) 중 어느 하나 또는 양자 모두와의 사이에서 볼 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층(132)은 드릴홀(104)의 저장 부분으로부터 지표면(102)으로 또는 지표면(102) 쪽으로 (액체, 고체, 또는 기체 형태에 관계없이) 유해 물질의 흐름을 정지시키거나 저지할 수 있는 지질층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 드릴홀(104)의 형성(예를 들면, 드릴링) 중에, 층들(112, 114, 116, 및 119)의 지질층의 전체 또는 일부는 [손상 구역(140)으로 도시된 바와 같이] 손상될 수 있으며, 그에 따라 그 지질 특성들(예를 들면, 투과성)에 영향을 미치거나 이들을 변경시킬 수 있다. 실제로, 단순화를 위해 손상 구역(140)은 층들(114 및 132) 사이에 도시되어 있으나, 손상 구역(140)은 층들(112, 114, 116, 119, 132) 등으로의 특정 거리로 드릴홀(104)의 전체 길이(수직 부분, 만곡 부분, 및 경사 부분)를 에워쌀 수 있다.Also, in this exemplary embodiment, the self-
특정 양태들에서, 드릴홀(104)의 위치는 자가 복원 층(132)을 관통하여 형성되도록 선택될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 드릴홀(104)은 이 드릴홀(104)의 수직 부분(106)의 적어도 일부가 자가 복원 층(132)을 관통하여 형성되도록 형성될 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층(132)은, 해당 자가 복원 층을 관통하여 드릴링이 이루어지고 난 후에도 장시간 동안 크랙을 유지하지 않는 지질층을 포함한다. 자가 복원 층(132)의 지질층의 예들로는 점토 또는 백운석이 포함된다. 이러한 암석층에서의 크랙은 복원되는 경향이 있는데, 즉 물질의 상대적인 연성 및 자가 복원 층의 층 위에 있는 암석의 무게로부터 지하에서 발생하는 엄청난 압력으로 인해 크랙은 시간 경과에 따라 급속히 사라진다. 드릴홀(104)의 형성(예를 들면, 드릴링 등)으로 인해 발생하는 크랙들에 대한 "복원 메커니즘"을 제공하는 것 외에도, 자가 복원 층(132)은, 또한, 이 층이 없을 경우 [예를 들면, 경사 부분(110) 내의] 저장 영역으로부터 지표면(102), 이동수 층(114), 또는 양자 모두로의 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)의 누출에 대한 경로를 제공할 수 있는 자연 단층(natural faults) 및 다른 크랙에 대한 장벽을 제공할 수 있다.In certain aspects, the location of the
이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(104)의 경사 부분(110)은 이 경사 부분(110)의 원위부(distal part)에 저장 영역(117)을 포함하며, 이 저장 영역(117) 내에서의 장기 저장을 위해 유해 물질은 회수 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 작업 스트링(work string)(124)(예를 들면, 튜빙, 코일형 튜빙, 와이어라인 등)이, 하나 이상(3개가 도시되어 있으나 더 많거나 더 적은 수가 있을 수 있음)의 유해 물질 캐니스터(126)를 경사 부분(110) 내에 장기적이지만, 몇몇 양태에서는 회수 가능한 저장 상태로 배치하기 위해, 케이스화된 드릴홀(104) 내로 연장될 수 있다. 예를 들면 도 1a에 도시된 구현예에서, 작업 스트링(124)은 캐니스터(126)에 결합되는 다운홀 툴(downhole tool)(128)을 포함할 수 있으며, 드릴홀(104) 내로의 각 트립(trip)에 의해, 다운홀 툴(128)은 특정 유해 물질 캐니스터(126)를 경사 부분(110)에 축적할 수 있다.As shown in this example, the
다운홀 툴(128)은 몇몇 양태에서, 나사식 연결 또는 래치식 연결과 같은 다양한 유형의 연결에 의해 캐니스터(126)에 결합될 수 있다. 대체 양태들에서는, 다운홀 툴(128)의 회전(또는 직선 운동 또는 전기 또는 유압 스위치)에 의해 캐니스터(126)에 래치 결합(또는 이로부터 래치 해제)될 수 있도록, 다운홀 툴(128)은 인터로킹 래치에 의해 캐니스터(126)에 결합될 수 있다. 대체 양태들에서, 다운홀 툴(128)은 인력(引力)에 의해 캐니스터(126)에 결합되는 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(126)는 또한 다운홀 툴(128) 상의 자석과 반대 극성의 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(126)는 다운홀 툴(128)의 자석에 대해 인력성(引力性)을 갖는 철 또는 다른 재료로 제작되거나 이러한 재료를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 각 캐니스터(126)는 (예를 들면, 와이어라인 등의) 드릴홀 트랙터에 의해 드릴홀(104) 내에 위치될 수 있는데, 드릴홀 트랙터는 전동식(예를 들면, 전기식) 운동을 통해 캐니스터를 경사 부분(110) 내로 떠밀거나 당길 수 있다. 또 다른 예로서, 각 캐니스터(126)는 롤러(예를 들면, 휠)를 포함하거나 이에 장착될 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(128)은 캐니스터(126)를 케이스화된 드릴홀(104) 내로 떠밀 수 있다.As another example, each
몇몇 예시적인 구현예에서, 캐니스터(126), 드릴홀 케이싱(120 및 122)들 중 하나 이상, 또는 양자 모두는 축적 작업 전에 마찰 감소 코팅으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 캐니스터(126) 및/또는 드릴홀 케이싱들에 코팅(예를 들면, 석유 기반 제품, 수지, 세라믹 등)을 도포함으로써, 캐니스터(126)는 케이스화된 드릴홀(104)을 통해 경사 부분(110) 내로 보다 용이하게 이동될 수 있다. 몇몇 양태에서는, 드릴홀 케이싱들의 일부만이 코팅될 수 있다. 예를 들면 몇몇 양태에서, 실질적인 수직 부분(106)은 코팅되지 않을 수 있으나, 둥근 부분(108) 또는 경사 부분(110) 또는 양자 모두는 캐니스터(126)의 용이한 축적 및 회수를 촉진하기 위해 코팅될 수 있다.In some example implementations,
도 1a는 또한 드릴홀(104)의 경사 부분(110)에서의 유해 물질의 회수 작업의 일례를 도시한다. 회수 작업은 축적 작업의 반대일 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(128)(예를 들면, 낚시 도구)이 드릴홀(104) 내로 진입되어, 마지막으로 축적된 캐니스터(126)에 (예를 들면, 나사식으로, 래치식으로, 자석으로 등에 의해) 결합되고는, 캐니스터(126)를 지표면(102)으로 당긴다. 드릴홀(104)의 경사 부분(110)으로부터 복수의 캐니스터를 회수하기 위해 다운홀 툴(128)에 의해 복수의 회수 트립(trip)이 이루어질 수 있다.FIG. 1A also shows an example of a recovery operation of hazardous substances in the
각 캐니스터(126)에는 유해 물질을 봉입할 수 있다. 이러한 유해 물질은 몇몇 예에서, 생물학적 또는 화학적 폐기물 또는 다른 생물학적 또는 화학적 유해 물질일 수 있다. 몇몇 예에서, 유해 물질은 원자로(예를 들면, 상용 발전용 또는 시험용 원자로) 또는 군용 핵 물질로부터 회수된 사용후 핵연료와 같은 핵 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기가와트의 원자력 발전소는 연간 30톤의 사용후 핵연료를 발생시킬 수 있다. 그 연료의 밀도는 전형적으로 10(10 gm/cm3 = 10 kg/liter)에 가까우며, 그래서 1년간의 핵 폐기물의 부피는 약 3m3 이다. 핵연료 펠릿 형태의 사용후 핵연료는 원자로로부터 취출되어서는 변형되지 않을 수 있다. 핵연료 펠릿은 고체지만, 트리튬(13년의 반감기), 크립톤-85(10.8년의 반감기), 및 C-14(5730년의 반감기)를 포함하는 이산화탄소를 포함한 다양한 방사성 가스를 함유할 수 있고 이들을 방출할 수 있다.Each
몇몇 양태에서, 저장 층(119)은 임의의 방사능 출력(예를 들면, 가스들)이 캐니스터들(126)을 빠져 나가더라도 이 저장 층(119) 내에서 전술한 방사능 출력을 봉쇄할 수 있어야 한다. 예를 들면, 저장 층(119)은 이 층(119)을 통한 방사능 출력의 확산 시간에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 저장 층(119)을 빠져 나가는 방사능 출력의 최소 확산 시간은 예를 들면, 핵연료 펠릿의 임의의 특정 성분의 반감기의 50배로 설정될 수 있다. 반감기의 50배를 최소 확산 시간으로 하면 방사능 출력량을 1 × 10-15로 저감시키게 된다. 다른 예로서, 최소 확산 시간을 반감기의 30배로 설정하면 방사능 출력량이 10억분의 1로 감소하게 된다.In some embodiments, the
예를 들어, 플루토늄-239는 24,100년의 긴 반감기 때문에 사용후 핵연료에 있어서 종종 위험한 폐기물로 간주된다. 이 동위 원소의 경우, 반감기의 50배는 120만 년이다. 플루토늄-239는 물에 대한 용해도가 낮고, 휘발성이 아니며, 고체로서, 도시된 저장 층(119)(예를 들면, 셰일층 또는 다른 층)을 포함하는 암석층의 매트릭스를 통한 확산 시간은 매우 작다(예를 들면, 수백만 년). 예를 들면 셰일로 구성된 저장 층(119)은 수백만 년 동안 기체 탄화수소(예를 들면, 메탄 등)를 함유한 지질학적 역사에 의해 입증되는 바와 같이 이러한 격리 시간(예를 들면, 수백만 년)을 갖는 능력을 제공할 수 있다. 대조적으로, 종래의 핵 물질 저장 방법들에서는, 일부 플루토늄이 봉쇄로부터 빠져 나갈 시에 이동 지하수를 포함하는 층에서 용해될 위험이 있었다.For example, plutonium-239 is often considered a hazardous waste for spent nuclear fuel because of its long half-life of 24,100 years. For this isotope, 50 times its half-life is 1.2 million years. Plutonium-239 is poorly soluble in water, is not volatile, and as a solid, the diffusion time through the matrix of rock formations including the depicted storage layer 119 (eg, shale or other layers) is very small (eg, For example, millions of years). A
도 1a에 추가로 도시된 바와 같이, 저장 캐니스터들(126)은 도시된 바와 같이 드릴홀(104)의 수직 부분(106)으로부터 멀어짐에 따라 작은 각도(예를 들면, 2-5도)로 위쪽으로 기울어진 경사 부분(110)에 장기 저장을 위해 위치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 경사 부분(110)은 지표면(102)을 향해 위쪽으로 기울어진다. 몇몇 양태에서, 예를 들면 캐니스터들(126) 내에 방사성 유해 물질이 저장되어 있는 경우, 드릴홀의 경사 부분(110)의 경사는, 설령 캐니스터(126)로부터 누출된다 하더라도, 물질이 예를 들면, 이동수 층(114), 드릴홀(104)의 수직 부분(106), 지표면(102), 또는 이들의 조합에 도달하는 것을 방지 또는 저지하는 추가적인 수준의 안전성 및 봉쇄를 제공할 수 있다. 예를 들면, 유해 물질 내의 우려되는 방사성 핵종은 (드릴홀을 채울 수 있는 브라인 또는 다른 유체에 비해) 상대적으로 부유성이거나 무거운 경향이 있다. 부유성(buoyant) 방사성 핵종이 누출에 대한 우려가 가장 클 수 있는데, 이는 무거운 원소와 분자는 가라앉는 경향이 있어서 지표면(102)을 향해 위쪽으로 확산되지 않기 때문이다. 크립톤 가스, 특히 14CO2(여기서 14C는 5730년의 반감기를 갖는 탄소 동위 원소인 C-14라고도 하는, 방사성 탄소를 지칭함)는 (대부분의 가스와 마찬가지로) 공기보다는 무겁지만 물보다는 훨씬 가벼운 부유성 방사성 원소이다. 그래서, 14CO2가 수조(water bath)에 유입된다면, 그러한 가스는 지표면(102)을 향해 위쪽으로 부유하는 경향이 있게 된다. 반면에 아이오딘(iodine)은 물보다 밀도가 높으며, 그래서 수조에 유입된다면 아래쪽으로 확산되는 경향이 있게 된다.As further shown in FIG. 1A , the
드릴홀(104)의 경사 부분(110)를 포함함으로써, [예를 들면, 캐니스터(126)로부터 누출되는 경우 및 드릴홀(104) 등에 물 또는 다른 액체의 존재 하에서도] 방사성 물질의 임의의 이러한 확산은 경사 부분(110)의 원위 단부(121) 쪽으로 그리고 드릴홀(104)의 둥근 부분(108)[및 수직 부분(106)]으로부터 멀리 경사지게 상향으로 지향되게 된다. 그래서, 누출된 유해 물질은 확산성 가스 형태인 경우라 하더라도, 드릴홀(104)의 수직 부분(106)을 통한 지표면(102)[또는 이동수 층(114)]으로의 (예를 들면, 직접적인) 경로가 제공되지 않게 된다. 예를 들어, (특히 가스 형태의) 누출된 유해 물질은 드릴홀의 경사 부분(110)의 원위 단부(121)로 지향되고 이에 수집되게 된다.By including the
캐니스터들(126)을 경사진 드릴홀 부분(110) 내에 축적하는 대체 방법들이 또한 구현될 수 있다. 예를 들어, 캐니스터들(126)을 경사진 드릴홀 부분(110) 내로 유체로 떠밀기 위해 유체(예를 들면, 액체 또는 가스)가 드릴홀(104)을 통해 순환될 수 있다. 소정 예에서, 각 캐니스터(126)는 개별적으로 유체로 떠밀려질 수 있다. 대체 양태들에서는, 2개 이상의 캐니스터(126)가 경사 부분(110) 내에서의 축적을 위해 드릴홀(104)을 통해 동시에 유체로 떠밀려질 수 있다. 유체는 몇몇 경우에는 물일 수 있다. 다른 예들로는 드릴링 머드(drilling mud) 또는 드릴링 폼(drilling foam)이 포함된다. 몇몇 예에서는, 공기, 아르곤, 또는 질소와 같은 가스가 캐니스터들(126)을 드릴홀 내로 떠밀기 위해 사용될 수 있다.Alternative methods of accumulating
몇몇 양태에서, 유체의 선택은 적어도 부분적으로는 유체의 점도에 의존할 수 있다. 예를 들어, 실질적인 수직 부분(106) 내로의 캐니스터(126)의 낙하를 지연시키기에 충분한 점도를 갖는 유체가 선택될 수 있다. 이러한 저항 또는 지연은 캐니스터(126)의 갑작스런 낙하에 대한 안전 인자를 제공할 수 있다. 유체는 캐니스터(126)와 케이싱들(120 및 122) 사이의 슬라이딩 마찰을 감소시키는 윤활을 또한 제공할 수 있다. 캐니스터(126)는 제어된 점도, 밀도, 및 윤활제 품질의 액체로 채워진 케이싱 내에서 운반될 수 있다. 케이싱들(120 및 122)의 내경과 운반되는 캐니스터(126)의 외경 사이의 유체로 채워진 환상부는 임의의 고속의 캐니스터 운동을 감쇠시키도록 설계된 개구를 나타내며, 그래서 운반되는 캐니스터(126)의 뜻하지 않은 분리에 대한 자동적인 패시브 보호(passive protection)를 제공한다.In some embodiments, the selection of a fluid may depend, at least in part, on the viscosity of the fluid. For example, a fluid having a viscosity sufficient to retard the fall of the
몇몇 양태에서, 경사 부분(110) 내에의 캐니스터(126)의 축적을 용이하게 하기 위해 다른 기법들이 채용될 수도 있다. 예를 들면, 설치된 케이싱들[예를 들면, 케이싱들(120 및 122)] 중 하나 이상은 케이싱들과 캐니스터(126) 사이의 마찰을 저감시키면서 저장 캐니스터(126)를 드릴홀(102) 내로 안내하는 레일들을 가질 수 있다. 저장 캐니스터(126)와 케이싱들(또는 레일들)은 서로에 대해 쉽게 슬라이딩되는 재료들로 제작될 수 있다. 케이싱들은 쉽게 윤활되는 표면, 또는 저장 캐니스터(126)의 중량을 받을 때 자체 윤활되는 표면을 가질 수 있다.In some aspects, other techniques may be employed to facilitate accumulation of the
유체는 캐니스터(126)의 회수를 위해서도 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 회수 작업에서, 케이싱들(120 및 122) 내의 체적은 압축 가스(예를 들면, 공기, 질소, 아르곤 등)로 채워질 수 있다. 경사 부분(110)의 단부에서 압력이 증가함에 따라, 캐니스터들(126)은 둥근 부분(108) 쪽으로, 그리고 이어서 실질적인 수직 부분(106)을 통해 지표면으로 떠밀려질 수 있다.The fluid may also be used for retrieval of the
몇몇 양태에서, 드릴홀(104)은 유해 물질들의 장기 저장을 주 목적으로 형성될 수 있다. 대체 양태들에서, 드릴홀(104)은 탄화수소 생산(예를 들면, 오일, 가스)을 주 목적으로 이전에 형성되었을 수도 있다. 예를 들어, 저장 층(119)은, 탄화수소가 드릴홀(104) 및 지표면(102)으로 생산되었던 탄화수소 보유층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 저장 층(119)은 탄화수소 생산 전에 수압식으로 파쇄되었을 수 있다. 또한 몇몇 양태에서, 생산 케이싱(122)은 수압 파쇄 전에 천공되었을 수 있다. 이러한 양태들에서, 생산 케이싱(122)은 유해 물질의 축적 작업 전에 천공 프로세스로 인해 생긴 임의의 구멍들을 수리하기 위해 패치될 수 있다(예를 들면, 시멘트로 봉합될 수 있음). 또한, 이때에 케이싱과 드릴홀 사이의 시멘트의 크랙들 또는 개구들도 또한 메울 수 있다.In some embodiments, the
예를 들어, 사용후 핵연료가 유해 물질인 경우에, 그 위치가 셰일층과 같은 적합한 저장 층(119)을 또한 포함하면 특정 위치, 예를 들면 원자력 발전소 근처에 새로운 드릴홀로서 드릴홀이 형성될 수 있다. 이와 달리, 셰일 가스를 이미 생산하고 있는 기존의 시추공(well), 또는 "고갈되어(dry)" 방치된 시추공(예를 들면, 유기물이 충분히 적어서 그 장소의 가스가 상업적 개발 목적으로는 너무 적음)이 드릴홀(104)로 선택될 수도 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(104)을 통한 저장 층(119)의 이전의 수압 파쇄는 드릴홀(104)의 유해 물질 저장 능력에 거의 차이를 만들지 않을 수 있다. 그러나 이러한 이전 활동은 수백만 년 동안 가스 및 다른 유체들을 저장하는 저장 층(119)의 능력을 또한 확인시켜 줄 수 있다. 그래서, 유해 물질 또는 유해 물질의 출력(예를 들면, 방사성 가스 등)이 캐니스터(126)로부터 빠져 나와서 저장 층(119)의 파쇄된 층으로 들어가는 경우에, 이러한 파쇄들은 해당 물질이 파쇄와 그 크기가 필적하는 거리에 걸쳐 비교적 급속히 퍼지게 할 수 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(104)은 탄화수소의 생산을 위해 드릴링되었으나, 예를 들면, 저장 층(119)이 너무 연성이고 생산을 위해 파쇄하기는 곤란하면서도, 유해 물질의 장기 저장에는 유익하게 연성인 암석층(예를 들면, 셰일 등)을 포함하기 때문에 이러한 탄화수소의 생산에는 실패하였을 수 있다.For example, if the spent nuclear fuel is a hazardous material, a drill hole may be formed as a new drill hole at a specific location, for example near a nuclear power plant, if that location also includes a
도 1b는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 경사 부분(110)의 최소 각도의 예시적인 결정을 도시하는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(100)의 예시적인 구현예의 일부의 개략도이다. 예를 들면 시스템(100)에 도시된 바와 같이, 경사 부분(110)은 [예를 들면, 하나 이상의 캐니스터(126)로부터] 누출된 유해 물질이 드릴홀(104)을 통해 지표면(102)으로 이동하기 위해 취하는 임의의 경로가 적어도 하나의 하향 컴포넌트를 포함하도록 제공된다. 이 경우에는, 경사 부분(110)이 하향 컴포넌트이다. 시스템들(200 및 300)과 같은 후술되는 다른 예시적인 구현예들에서는, 다른 부분들(예를 들면, J 섹션 부분 또는 파동형 부분)이 적어도 하나의 하향 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이 예에 도시된 바와 같은 이러한 경로들은 [저장 영역(117)에 위치될 때] 드릴홀(104)의 수직 부분(106)에 가장 가까운 캐니스터(126)와 교차하는 수평 탈출 한계선(175)보다 아래로 내려가며, 그래서 하향 컴포넌트를 포함해야 한다.1B is a schematic diagram of a portion of an example implementation of a hazardous material
몇몇 양태에서, 드릴홀(104)의 경사 부분(110)의 각도 a는 드릴홀(104)의 손상 구역(140)의 반경 R 및 드릴홀(104)의 수직 부분(106)에 가장 가까운 캐니스터(126)로부터의 거리 D에 따라 결정될 수 있다[그에 따라 드릴홀(104)의 형성을 안내함]. 도 1b의 말풍선(callout bubble)에 도시된 바와 같이, 거리 R 및 D(또는 적어도 추정치들)에 대한 지식이 있으면, 각도 a는 R/D의 아크탄젠트(arctangent)에 따라 계산될 수 있다. 예시적인 구현예에서, R은 약 1 미터일 수 있고, D는 약 20 미터일 수 있다. 그래서 R/D의 아크탄젠트인 각도 a는 약 3°이다. 이것은 드릴홀(104)의 하향 컴포넌트[예를 들면, 경사 부분(110)]가 수평 탈출 한계선(175)보다 아래로 내려가도록 보장하기 위한 하향 컴포넌트의 각도 a의 결정의 일례일 뿐이다.In some aspects, the angle a of the
도 2는 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 다른 유해 물질 저장 리파지토리 시스템, 예를 들면 유해 물질의 장기적(예를 들면, 수십, 수백, 또는 수천 년 이상)이지만 회수 가능한 안전하고 보안적인 저장을 위한 지하 위치의 예시적인 구현예의 개략도이다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 이 도면은 축적(또는 아래에 기술되는 회수) 프로세스 중에, 예를 들면 지하 지층에 유해 물질의 하나 이상의 캐니스터를 전개하는 동안의 예시적인 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)을 도시한다. 예시된 바와 같이, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)은 지표면(202)으로부터 그리고 복수의 지하 층(212, 214, 및 216)을 통해서 (예를 들면, 드릴링 등으로) 형성된 드릴홀(204)을 포함한다. 지표면(202)은 육지면으로 도시되어 있으나, 지표면(202)은 호수 또는 해저 또는 수역 아래의 다른 표면과 같은 해중 또는 다른 수중 표면일 수 있다. 그래서, 본 발명은 드릴홀(204)이 수역 위 또는 그 근처의 드릴링 위치로부터 수역 아래로 형성될 수 있음을 고려한다.2 is another hazardous material storage repository system during accumulation or recovery operations in accordance with the present invention, for example, for long-term (eg, tens, hundreds, or thousands of years or more) but recoverable safe and secure storage of hazardous materials; A schematic diagram of an exemplary embodiment of a subterranean location. Referring for example to FIG. 2 , this diagram depicts an exemplary hazardous material
예시된 드릴홀(204)은 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 이 예에서는 지향성 드릴홀이다. 예를 들어, 드릴홀(204)은 J 섹션 부분(208)에 연결된 실질적인 수직 부분(206)을 포함하며, J 섹션 부분(208)은 다시 실질적인 수평 부분(210)에 연결된다. 도시된 J 섹션 부분(208)은 문자 "J"의 하단 부분과 유사한 형상을 가지며, 가스가 굴곡부(bend)의 일측으로부터 굴곡부의 타측으로 이동하는 것을 방지하는 데 사용되는 배관 시스템에 사용되는 p 트랩 장치와 유사한 형상을 가질 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 드릴홀의 배향의 맥락에서 "실질적으로"는 정확하게 수직[예를 들면, 지표면(202)에 정확히 직교]하지 않을 수 있거나 또는 정확하게 수평[예를 들면, 지표면(202)에 정확하게 평행]하지 않을 수 있거나, 또는 지표면(202)에 대해 특정 경사각으로 정확하게 경사지지 않을 수 있는 드릴홀들을 지칭한다. 다시 말해서, 수직 드릴홀들은 종종 진수직(true vertical) 방향으로부터 오프셋되어 파동형을 이루며, 그래서 진수직으로부터 이탈된 각도로 드릴링될 수 있고, 수평 드릴홀들은 종종 정확한 수평으로부터 오프셋되어 파동형을 이룬다.The illustrated
이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(204)의 3개의 부분 - 수직 부분(206), J 섹션 부분(208), 및 실질적인 수평 부분(210) - 은 땅속으로 연장되는 연속적인 드릴홀(204)을 형성한다. 또한 도 2에 파선으로 도시된 바와 같이, J 섹션 부분(208)은 드릴홀(204)의 실질적인 수평 부분(210) 대신에(또는 이에 부가적으로) 경사 부분(240)에 연결될 수도 있다.As shown in this example, three portions of drill hole 204 -
도시된 드릴홀(204)은 이 예에서, 지표면(202)으로부터 땅속의 특정 깊이로 드릴홀(204)의 둘레에 위치되고 설정되는 표면 케이싱(220)을 갖는다. 예를 들어, 표면 케이싱(220)은 얕은 층에서 드릴홀(204)의 둘레에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 비교적 큰 직경의 관형 부재(또는 일련의 부재들)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "튜브형"은 원형 단면, 타원형 단면, 또는 다른 형상의 단면을 갖는 부재를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 이 구현예에서, 표면 케이싱(220)은 지표면으로부터 표층(212)을 통해 연장된다. 표층(212)은 이 예에서, 하나 이상의 층상 암석층으로 구성된 지질층이다. 몇몇 양태에서, 이 예의 표층(212)은 담수 대수층, 염수 또는 브라인 공급원 또는 다른 이동수 공급원(예를 들면, 지질층을 통과하여 이동하는 물)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 몇몇 양태에서, 표면 케이싱(220)은 드릴홀(204)을 이러한 이동수로부터 격리시킬 수 있고, 드릴홀(204)에 설치되는 다른 케이싱 스트링들을 위한 매달림 위치를 또한 제공할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 드릴링 유체가 표층(212)으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 표면 케이싱(220)의 위에[예를 들면, 표면 케이싱(220)과 지표면(202) 사이에서 표층(212) 내에] 컨덕터 케이싱이 설정될 수 있다.The illustrated
도시된 바와 같이, 생산 케이싱(222)이 표면 케이싱(220)의 드릴홀(204) 다운홀 내에 위치되고 설정된다. 이 예에서는 "생산" 케이싱이라 명명되고 있으나, 케이싱(222)은 탄화수소 생산 작업을 거쳤거나 거치지 않았을 수 있다. 그래서, 케이싱(222)은 표면 케이싱(220)의 드릴홀(204) 다운홀 내에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 임의의 형태의 관형 부재를 지칭하고 이를 포함한다. 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 몇몇 예에서, 생산 케이싱(222)은 J 섹션 부분(208)의 단부에서 시작하여 실질적인 수평 부분(210) 전체에 걸쳐서 연장될 수 있다. 케이싱(222)은 또한 J 섹션 부분(208) 내로 그리고 수직 부분(206) 내로도 연장될 수 있다.As shown, the
도시된 바와 같이, 시멘트(230)가 케이싱(220 및 222)과 드릴홀(204) 사이에서 환상(annulus)으로 케이싱(220 및 222) 둘레에 위치(예를 들면, 펌핑)된다. 시멘트(230)는 예를 들면, 지표면(202) 아래의 지하 층들을 통해 케이싱들(220, 222)[및 드릴홀(204)의 임의의 다른 케이싱들 또는 라이너들]을 고정시킬 수 있다. 몇몇 양태에서, 시멘트(230)는 케이싱들[예를 들면, 케이싱들(220 및 222) 및 임의의 다른 케이싱들]의 전체 길이를 따라 설치될 수 있고, 또는 특정 드릴홀(204)에 적합한 경우 시멘트(230)는 케이싱들의 특정 부분들을 따라 사용될 수도 있다. 시멘트(230)는 또한 캐니스터들(226) 내의 유해 물질에 대한 추가적인 봉쇄 층을 제공할 수 있다.As shown,
드릴홀(204) 및 관련 케이싱들(220 및 222)은 다양한 예시적인 치수 및 다양한 예시적인 깊이[예를 들면, 진수직(true vertical) 깊이, 즉 TVD]로 형성될 수 있다. 예를 들어, 컨덕터 케이싱(도시되지 않음)은 약 28 인치(약 71.12 cm) 내지 60 인치(152.4 cm)의 직경으로 약 120 피트(약 36.57 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(220)은 약 22 인치(약 55.88 cm) 내지 48 인치(약 121.92 cm)의 직경으로 약 2500 피트(약 762 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(220)과 생산 케이싱(222) 사이의 중간 케이싱(도시되지 않음)은 약 16 인치(약 40.64 cm) 내지 36 인치(약 91.44 cm)의 직경으로 약 8000 피트(약 2438.4 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 생산 케이싱(222)은 약 11 인치(약 27.94 cm) 내지 22 인치(약 55.88 cm)의 직경으로 [예를 들면, 실질적인 수평 부분(210) 및/또는 경사 부분(240)을 케이스화하기 위해] 경사지게 연장될 수 있다. 전술한 치수들은 단지 예로서 제공된 것이며 다른 치수들(예를 들면, 직경들, TVD들, 길이들)도 본 발명에 의해 고려된다. 예를 들어, 직경과 TVD는 복수의 지하 층(212, 214, 및 216) 중 하나 이상의 층의 특정 지질 조성, 특정 드릴링 기법뿐만 아니라, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)에 축적되는 유해 물질을 포함하는 유해 물질 캐니스터(226)의 크기, 형상 또는 디자인에 따라서도 달라질 수 있다. 몇몇 대체의 예에서, 생산 케이싱(222)[또는 드릴홀(204) 내의 다른 케이싱]은 단면이 원형이거나, 단면이 타원형이거나, 또는 다른 형태일 수 있다.
도시된 바와 같이, 드릴홀(204)의 수직 부분(206)은 지하 층들(212, 214, 및 216)을 통해 연장되며, 이 예에서는 지하 층(219)에 착지하고 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 표층(212)은 이동수를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이 예에서, 표층(212) 아래에 있는 지하 층(214)은 이동수 층(214)이다. 예를 들어, 이동수 층(214)은 담수 대수층, 염수 또는 브라인과 같은 이동수의 하나 이상의 공급원, 또는 다른 이동수 공급원을 포함할 수 있다. 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 이 예에서 이동수는 지하 층의 전체 또는 일부에 걸친 압력 차에 기초하여 지하 층을 통해 이동하는 물일 수 있다. 예를 들면, 이동수 층(214)은 물이 지하 층(214) 내에서 (예를 들면, 압력 차 등으로 인해) 자유롭게 이동하는 투과성 지질층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 이동수 층(214)은 특정 지리적 영역에서 인간이 소비할 수 있는 물의 주 공급원일 수 있다. 이동수 층(214)을 구성할 수 있는 암석층의 예들로는 다공질 사암 및 석회석 등이 포함된다.As shown, a
불투과성 층(216) 및 저장 층(219)과 같은 다른 도시된 층들은 부동수를 포함할 수 있다. 부동수는 몇몇 양태에서, 인간 또는 동물의 소비 또는 양자 모두의 소비에 적합하지 않은 물(예를 들면, 담수, 염수, 브라인)이다. 부동수는 몇몇 양태에서, 층들(216 또는 219)(또는 양자 모두)을 통한 그 이동에 의해 10,000년 이상(예를 들면, 1,000,000년까지) 이내에 이동수 층(214), 지표면(202), 또는 양자 모두에 도달할 수 없는 물일 수 있다.The other illustrated layers, such as the
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 이 예시적인 구현예에서 이동수 층(214) 아래에는 불투과성 층(216)이 있다. 불투과성 층(216)은 이 예에서 이동수가 통과하는 것을 허용하지 않을 수 있다. 그래서, 이동수 층(214)에 비해, 불투과성 층(216)은 낮은 투과성, 예를 들면 0.01 밀리다시(millidarcy) 정도의 투과성을 가질 수 있다. 또한, 이 예에서, 불투과성 층(216)은 비교적 비연성(즉, 취성)의 지질층일 수 있다. 비연성의 척도 중 하나는 취성이며, 이는 인장 강도에 대한 압축 응력의 비이다. 몇몇 예에서, 불투과성 층(216)의 취성은 약 20 MPa 내지 40 MPa 사이일 수 있다.Underneath the moving
이 예에 도시된 바와 같이, 불투과성 층(216)은 저장 층(219)보다 더 얕다[예를 들면, 지표면(202)에 더 가까움]. 이 예에서, 불투과성 층(216)을 구성할 수 있는 암석층은 예를 들면, 상술한 바와 같은 투과성 및 취성 특성들을 나타내는 특정 종류의 사암, 이암, 점토, 및 슬레이트를 포함한다. 대체의 예들에서, 불투과성 층(216)은 저장 층(219)보다 더 깊을 수 있다[예를 들면, 지표면(202)으로부터 더 멀리에 있을 수 있음]. 이러한 대체의 예들에서, 불투과성 층(216)은 화강암과 같은 화성암으로 구성될 수 있다.As shown in this example, the
불투과성 층(216)의 아래에는 저장 층(219)이 있다. 저장 층(219)은 이 예에서, 여러 가지 이유로 유해 물질을 저장하는 실질적인 수평 부분(210)에 대한 착지부로 선택될 수 있다. 불투과성 층(216) 또는 다른 층들에 비해, 저장 층(219)은 두꺼울 수 있는데, 예를 들면 약 100 피트(약 30.48 m) 내지 200 피트(약 60.96 m) 사이의 총 수직 두께일 수 있다. 저장 층(219)의 두께는 시공(예를 들면, 드릴링) 중에 보다 용이한 착지 및 지향성 드릴링을 가능케 하여, 실질적인 수평 부분(210)이 저장 층(219) 내에 용이하게 배치될 수 있게 한다. 저장 층(219)의 대략적인 수평 중심을 통해 형성되는 경우, 실질적인 수평 부분(210)은 저장 층(219)을 포함하는 약 50 피트(약 15.24 m) 내지 100 (약 30.48 m) 피트의 지질층에 의해 둘러싸일 수 있다. 게다가, 저장 층(219)은 또한 예를 들면, 저장 층(219)의 매우 낮은 투과성(예를 들면, 밀리다시 또는 나노다시 정도)으로 인해 부동수만을 가질 수 있다. 또한, 저장 층(219)은 이 저장 층(219)을 포함하는 암석층의 취성이 약 3 MPa 내지 10 MPa 사이가 되도록 충분한 연성을 가질 수 있다. 저장 층(219)을 구성할 수 있는 암석층의 예들로는 셰일 및 경석고가 포함된다. 또한, 몇몇 양태에서, 저장 층이 투과성 층을 이동수 층(214)으로부터 격리시키기에 충분한 지질 특성들을 갖는 경우, 유해 물질은 저장 층의 아래에, 심지어는 사암 또는 석회석과 같은 투과성 층에도 저장될 수 있다.Below the
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(200)의 몇몇 예시적인 구현예에서, 저장 층(219)[및/또는 불투과성 층(216)]은 셰일로 구성된다. 셰일은 몇몇 예에서, 저장 층(219)에 대해 위에서 설명된 것들에 적합한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 셰일층은 [예를 들면, 유해 물질 캐니스터들(226) 내에서의] 유해 물질의 장기 봉쇄 그리고 이동수 층(214)(예를 들면, 대수층) 및 지표면(202)으로부터의 그 격리에 적합할 수 있다. 셰일층들은 땅속의 비교적 깊은 곳, 전형적으로 3000 피트(약 914.4 m) 이상에서 발견될 수 있으며, 임의의 담수 대수층의 아래에 격리 배치될 수 있다. 다른 층들은 염층 또는 다른 불투과성 층을 포함할 수 있다.In some example implementations of hazardous material
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 예를 들어, 물질의 장기(예를 들면, 수천 년) 격리를 향상시키는 지질 특성들을 포함할 수 있다. 이러한 특성들은 예를 들면, 탄화수소 유체(예를 들면, 가스, 액체, 혼합상 유체)가 주변 층들[예를 들면, 이동수 층(214)]로 빠져 나가는 일 없는 이러한 유체의 장기 저장(예를 들면, 수천만 년)을 통해 예시되어 왔다. 실제로, 셰일은 수백만 년 이상 천연 가스를 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 이는 유해 물질의 장기 저장에 대한 입증된 능력을 부여한다. 예시적인 셰일층들(예를 들면, Marcellus, Eagle Ford, Barnett 등)은, 수백만 년 동안 물, 기름, 및 가스의 이동을 방지하는 데 효과적인 다수의 중복 밀봉 층을 포함하고, 이동수가 결여되어 있으며, 축적 후 수천 년 동안 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)을 밀봉할 것으로 (예를 들면, 지질학적 고려 사항들에 기초하여) 예상될 수 있는 성층을 갖는다.A shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may, for example, contain geological properties that enhance long-term (eg, thousands of years) sequestration of material. These properties are, for example, the long-term storage of hydrocarbon fluids (eg, gases, liquids, mixed-phase fluids) without escaping into the surrounding layers (eg, the mobile water layer 214 ) (eg, , tens of millions of years). In fact, shale has been shown to hold natural gas for more than millions of years, giving it a proven ability for long-term storage of hazardous substances. Exemplary shale layers (e.g., Marcellus, Eagle Ford, Barnett, etc.) contain multiple overlapping sealing layers effective to prevent the movement of water, oil, and gas over millions of years, and lack migration water; It has a stratum that can be expected to seal (eg, based on geological considerations) a hazardous material (eg, fluid or solid) for thousands of years after accumulation.
몇몇 양태에서, 저장 층(219) 및/또는 불투과성 층(216)의 층은 수백 년, 수천 년, 수만 년, 수십만, 또는 심지어 수백만 년 동안의 탄화수소 또는 다른 유체(예를 들면, 이산화탄소)에 대한 층의 저장 능력의 증거에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있는 누출 장벽 또는 유체 누출에 대한 장벽 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 저장 층(219) 및/또는 불투과성 층(216)의 장벽 층은 탄화수소 또는 다른 유체의 저장에 대한 이러한 증거에 기초하여 10,000년 이상(예컨대 10,000년 내지 1,000,000년 사이) 동안의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의될 수 있다.In some embodiments, the layers of the
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 또한 적절한 깊이, 예를 들면 3000 피트(약 914.4 m) TVD 내지 12,000 피트(약 3657.6 m) TVD에 있을 수 있다. 이러한 깊이는 전형적으로 지하수 대수층[예를 들면, 표층(212) 및/또는 이동수 층(214)] 아래에 있다. 또한, 염을 포함한 셰일 내의 가용성 원소들의 존재 및 대수층 내의 이들 동일 원소들의 부재는 셰일과 대수층 사이의 유체 격리를 보여준다.The shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may also be at a suitable depth, for example 3000 feet (about 914.4 m) TVD to 12,000 feet (about 3657.6 m) TVD. This depth is typically below groundwater aquifers (eg,
셰일 자체가 유해 물질 저장에 유리하게 될 수 있게 하는 셰일의 다른 특정 품질은 그 점토 함량이며, 이는 몇몇 양태에서 다른 불투과성 암석층들[예를 들면, 불투과성 층(216)]에서 보게 되는 것보다 더 큰 연성 측정치를 제공한다. 예를 들어, 셰일은 층화되어, 점토들(예를 들면, 약 20 내지 30 체적 당 중량% 사이의 점토) 및 다른 광물들의 교호적인 박층들로 구성될 수 있다. 이러한 조성은 불투과성 층의 암석층(예를 들면, 백운석 등)과 비교하여, 셰일이 덜 취성이 되게 하며, 그래서 (예를 들면, 자연적으로 또는 달리) 파쇄에 덜 취약하게 할 수 있다. 예를 들어, 불투과성 층(216)의 암석층은 유해 물질의 장기 저장에 적합한 투과성을 가질 수는 있으나, 너무 취성이고 흔히 파쇄된다. 그래서, 이러한 층들은 유해 물질의 장기 저장에 있어서 (그 지질 특성들을 통해 입증된) 충분한 밀봉 품질을 갖지 않을 수 있다.Another particular quality of a shale that makes it itself advantageous for hazardous material storage is its clay content, which in some embodiments is higher than that seen in other impermeable rock layers (eg, impermeable layer 216 ). It provides a greater measure of ductility. For example, shale may be stratified and composed of alternating thin layers of clays (eg, between about 20 and 30 weight percent clay per volume) and other minerals. This composition may render the shale less brittle and thus less susceptible to fracture (eg, naturally or otherwise) compared to rock layers of impermeable layers (eg, dolomite, etc.). For example, the rock layers of
본 발명은 예시된 지하 층들(212, 214, 216, 및 219) 간에 또는 이들 사이에 많은 다른 층이 존재할 수 있음을 고려한다. 예를 들어, (예컨대, 수직으로) 하나 이상의 이동수 층(214), 불투과성 층(216), 및 저장 층(219)의 반복 패턴이 있을 수 있다. 또한, 몇몇 예에서, 저장 층(219)은 이동수 층(214)에 (예를 들면, 수직으로) 바로 인접할 수 있는데, 즉 개재된 불투과성 층(216) 없이 이루어질 수 있다. 몇몇 예에서, J 섹션 드릴홀(208) 및 실질적인 수평 부분(210)[및/또는 경사 부분(240)]의 전체 또는 일부는 저장 층(219) 아래에 형성될 수 있으며, 그래서 저장 층(219)(예를 들면, 본 명세서에 기술된 특성들을 갖는 셰일 또는 다른 지질층)은 수직으로 실질적인 수평 부분(210)[및/또는 경사 부분(240)]과 이동수 층(214)의 사이에 위치된다.The present invention contemplates that many other layers may exist between or between the illustrated
도 2에 도시된 이 특정 예에는 예시되지 않았으나, 지표면(202) 아래에서, 예를 들면 지표면(202)과 불투과성 층(216) 및 저장 층(219) 중 어느 하나 또는 양자 모두와의 사이에서 [예를 들면, 자가 복원 층(132)과 같은] 자가 복원 층을 볼 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층은 드릴홀(204)의 저장 부분으로부터 지표면(202)으로 또는 지표면(202) 쪽으로 (액체, 고체, 또는 기체 형태에 관계없이) 유해 물질의 흐름을 정지시키거나 저지할 수 있는 지질층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 드릴홀(204)의 형성(예를 들면, 드릴링) 중에, 층들(212, 214, 216, 및 219)의 지질층의 전체 또는 일부는 손상될 수 있으며, 그에 따라 그 지질 특성들(예를 들면, 투과성)에 영향을 미치거나 이들을 변경시킬 수 있다.Although not illustrated in this particular example shown in FIG. 2 , below
특정 양태들에서, 드릴홀(204)의 위치는 자가 복원 층을 관통하여 형성되도록 선택될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 드릴홀(204)은 드릴홀(204)의 수직 부분(206)의 적어도 일부가 자가 복원 층을 관통하여 형성되도록 형성될 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층은, 해당 자가 복원 층을 관통하여 드릴링이 이루어지고 난 후에도 장시간 동안 크랙을 유지하지 않는 지질층을 포함한다. 자가 복원 층의 지질층의 예들로는 점토 또는 백운석이 포함된다. 이러한 암석층에서의 크랙은 복원되는 경향이 있는데, 즉 물질의 상대적인 연성 및 자가 복원 층의 층 위에 있는 암석의 무게로부터 지하에서 발생하는 엄청난 압력으로 인해 크랙은 시간 경과에 따라 급속히 사라진다. 드릴홀(204)의 형성(예를 들면, 드릴링 등)으로 인해 발생하는 크랙들에 대한 "복원 메커니즘"을 제공하는 것 외에도, 자가 복원 층은 또한 이 층이 없을 경우 [예를 들면, 실질적인 수평 부분(210) 내에서의] 저장 영역으로부터 지표면(202), 이동수 층(214), 또는 양자 모두로의 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)의 누출에 대한 경로를 제공할 수 있는 자연 단층 및 다른 크랙에 대한 장벽을 제공할 수 있다.In certain aspects, the location of the
이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(204)의 실질적인 수평 부분(210)은 이 부분(210)의 원위부에 저장 영역(217)을 포함하며, 이 저장 영역(217) 내에서의 장기 저장을 위해 회수 가능하게 유해 물질이 배치될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 작업 스트링(224)(예를 들면, 튜빙, 코일형 튜빙, 와이어라인 등)이 하나 이상(3개가 도시되어 있으나 더 많거나 더 적은 수가 있을 수 있음)의 유해 물질 캐니스터(226)를 수평 부분(210) 내에 장기적이지만, 몇몇 양태에서는 회수 가능한 저장 상태로 배치하기 위해, 케이스화된 드릴홀(204) 내로 연장될 수 있다. 예를 들면 도 2에 도시된 구현예에서, 작업 스트링(224)은 캐니스터(226)에 결합되는 다운홀 툴(228)을 포함할 수 있으며, 드릴홀(204) 내로의 각 트립에 의해, 다운홀 툴(228)은 특정 유해 물질 캐니스터(226)를 실질적인 수평 부분(210)에 축적할 수 있다.As shown in this example, the substantially
다운홀 툴(228)은 몇몇 양태에서, 나사식 연결 또는 래치식 연결과 같은 다양한 유형의 연결에 의해 캐니스터(226)에 결합될 수 있다. 대체 양태들에서는, 다운홀 툴(228)의 회전(또는 직선 운동 또는 전기 또는 유압 스위치)에 의해 캐니스터(226)에 래치 결합(또는 이로부터 래치 해제)될 수 있도록, 다운홀 툴(228)은 인터로킹 래치에 의해 캐니스터(226)에 결합될 수 있다. 대체 양태들에서, 다운홀 툴(228)은 캐니스터(226)에 인력(引力)에 의해 결합되는 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(226)는 또한 다운홀 툴(228) 상의 자석과 반대 극성의 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(226)는 다운홀 툴(228)의 자석에 대해 인력성(引力性)을 갖는 철 또는 다른 재료로 제작되거나 이러한 재료를 포함할 수 있다.The
다른 예로서, 각 캐니스터(226)는 (예를 들면, 와이어라인 등의) 드릴홀 트랙터에 의해 드릴홀(204) 내에 위치될 수 있는데, 드릴홀 트랙터는 전동식(예를 들면, 전기식) 운동을 통해 캐니스터를 실질적인 수평 부분(210) 내로 떠밀거나 당길 수 있다. 또 다른 예로서, 각 캐니스터(226)는 롤러(예를 들면, 휠)를 포함하거나 이에 장착될 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(228)은 캐니스터(226)를 케이스화된 드릴홀(204) 내로 떠밀 수 있다.As another example, each
몇몇 예시적인 구현예에서, 캐니스터(226), 드릴홀 케이싱들(220 및 222) 중 하나 이상, 또는 양자 모두는 축적 작업 전에 마찰 감소 코팅으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 캐니스터(226) 및/또는 드릴홀 케이싱들에 코팅(예를 들면, 석유 기반 제품, 수지, 세라믹 등)을 도포함으로써, 캐니스터(226)는 케이스화된 드릴홀(204)을 통해 실질적인 수평 부분(210) 내로 보다 용이하게 이동될 수 있다. 몇몇 양태에서는, 드릴홀 케이싱들의 일부만이 코팅될 수도 있다. 예를 들면 몇몇 양태에서, 실질적인 수직 부분(206)은 코팅되지 않을 수 있으나, J 섹션 부분(208) 또는 실질적인 수평 부분(210) 또는 양자 모두는 캐니스터(226)의 용이한 축적 및 회수를 촉진하기 위해 코팅될 수 있다.In some example implementations,
도 2는 또한 드릴홀(204)의 실질적인 수평 부분(210)에서의 유해 물질의 회수 작업의 일례를 도시한다. 회수 작업은 축적 작업의 반대일 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(228)(예를 들면, 낚시 도구)이 드릴홀(204) 내로 진입되어, 마지막으로 축적된 캐니스터(226)에 (예를 들면, 나사식으로, 래치식으로, 자석으로 등에 의해) 결합되고는, 캐니스터(226)를 지표면(202)으로 당긴다. 드릴홀(204)의 실질적인 수평 부분(210)으로부터 복수의 캐니스터를 회수하기 위해 다운홀 툴(228)에 의해 복수의 회수 트립이 이루어질 수 있다.FIG. 2 also shows an example of a recovery operation of hazardous substances in a substantially
각 캐니스터(226)에는 유해 물질을 봉입할 수 있다. 이러한 유해 물질은 몇몇 예에서, 생물학적 또는 화학적 폐기물 또는 다른 생물학적 또는 화학적 유해 물질일 수 있다. 몇몇 예에서, 유해 물질은 원자로(예를 들면, 상용 발전용 또는 시험용 원자로) 또는 군용 핵 물질로부터 회수된 사용후 핵연료와 같은 핵 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기가와트의 원자력 발전소는 매년 30톤의 사용후 핵연료를 발생시킬 수 있다. 그 연료의 밀도는 전형적으로 10(10 gm/cm3 = 10 kg/liter)에 가까우며, 그래서 1년간의 핵 폐기물의 부피는 약 3m3 이다. 핵연료 펠릿 형태의 사용후 핵연료는 원자로로부터 취출되어서는 변형되지 않을 수 있다. 핵연료 펠릿은 고체지만, 트리튬(13년의 반감기), 크립톤-85(10.8년의 반감기), 및 C-14(5730년의 반감기)를 포함하는 이산화탄소를 포함한 다양한 방사성 가스를 함유할 수 있고 이들을 방출할 수 있다.Each
몇몇 양태에서, 저장 층(219)은 임의의 방사능 출력(예를 들면, 가스들)이 캐니스터들(226)을 빠져 나가더라도 이 저장 층(219) 내에서 전술한 방사능 출력을 봉쇄할 수 있어야 한다. 예를 들면, 저장 층(219)은 이 저장 층(219)을 통한 방사능 출력의 확산 시간에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 저장 층(219)을 빠져 나가는 방사능 출력의 최소 확산 시간은 예를 들면, 핵연료 펠릿의 임의의 특정 성분의 반감기의 50배로 설정될 수 있다. 반감기의 50배를 최소 확산 시간으로 하면 방사능 출력량을 1 × 10-15로 저감시키게 된다. 다른 예로서, 최소 확산 시간을 반감기의 30배로 설정하면 방사능 출력량이 10억분의 1로 감소하게 된다.In some embodiments, the
예를 들어, 플루토늄-239는 24,100년의 긴 반감기 때문에 사용후 핵연료에 있어서 종종 위험한 폐기물로 간주된다. 이 동위 원소의 경우, 반감기의 50배는 120만 년이다. 플루토늄-239는 물에 대한 용해도가 낮고, 휘발성이 아니며, 고체로서 도시된 저장 층(219)(예를 들면, 셰일층 또는 다른 층)을 포함하는 암석층의 매트릭스를 통해서는 확산 가능하지 않다. 예를 들면 셰일로 구성된 저장 층(219)은 수백만 년 동안 기체 탄화수소(예를 들면, 메탄 등)를 함유한 지질학적 역사에 의해 입증되는 바와 같이 이러한 격리 시간(예를 들면, 수백만 년)을 갖는 능력을 제공할 수 있다. 대조적으로, 종래의 핵 물질 저장 방법들에서는, 일부 플루토늄이 봉쇄로부터 빠져 나갈 시에 이동 지하수를 포함하는 층에서 용해될 위험이 있었다.For example, plutonium-239 is often considered a hazardous waste for spent nuclear fuel because of its long half-life of 24,100 years. For this isotope, 50 times its half-life is 1.2 million years. Plutonium-239 has poor water solubility, is not volatile, and is not diffusible through the matrix of rock formations including storage layer 219 (eg, shale or other layers) shown as a solid. For example, a
도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 저장 캐니스터들(226)은 도시된 바와 같이 J 섹션 부분(208)을 통해 드릴홀(104)의 수직 부분(106)에 결합되는 실질적인 수평 부분(210)에, 장기 저장을 위해, 위치될 수 있다. 도시된 바와 같이, J 섹션 부분(208)은 지표면(202) 쪽으로 경사진 상향 부분을 포함한다. 몇몇 양태에서, 예를 들면 캐니스터들(226) 내에 방사성 유해 물질이 저장되어 있는 경우, J 섹션 부분(208)의 이러한 경사[및 형성된 경우에, 경사 부분(240)의 경사]는 설령 캐니스터(226)로부터 누출된다 하더라도, 물질이 예를 들면, 이동수 층(214), 드릴홀(204)의 수직 부분(206), 지표면(202), 또는 이들의 조합에 도달하는 것을 방지 또는 저지하는 추가적인 수준의 안전성 및 봉쇄를 제공할 수 있다. 예를 들어, 유해 물질 내의 우려되는 방사성 핵종은 (그 물질의 다른 성분들에 비해) 상대적으로 부유성이 있거나 무거운 경향이 있다. 부유성 방사성 핵종이 누출에 대한 우려가 가장 클 수 있는데, 이는 무거운 원소와 분자는 가라앉는 경향이 있어서 지표면(202)을 향해 위쪽으로 확산되지 않기 때문이다. 크립톤 가스, 특히 크립톤-85는 (대부분의 가스와 마찬가지로) 공기보다는 무겁지만 물보다는 훨씬 가벼운 부유성 방사성 원소이다. 그래서, 크립톤-85가 수조에 도입된다면, 그러한 가스는 지표면(202)을 향해 위쪽으로 부유하는 경향이 있게 된다. 반면에, 아이오딘은 물보다 밀도가 높으며, 그래서 수조에 도입된다면 아래쪽으로 확산되는 경향이 있게 된다.As further shown in FIG. 2 , the
드릴홀(204)의 J 섹션 부분(208)을 포함함으로써, [예를 들면, 캐니스터(226)로부터 누출되는 경우 및 드릴홀(204) 등에 물 또는 다른 액체의 존재 하에서도] 방사성 물질의 임의의 이러한 확산은 실질적인 수평 부분(210) 쪽으로 그리고 보다 구체적으로는 실질적인 수평 부분(210)의 원위 단부(221) 쪽으로 그리고 드릴홀(204)의 J 섹션 부분(208)[및 수직 부분(206)]으로부터 멀리 경사지게 상향으로 지향되게 된다. 그래서, 누출된 유해 물질은 확산성 가스 형태인 경우라 하더라도 드릴홀(210)의 수직 부분(206)을 통한 지표면(202)[또는 이동수 층(214)]으로의 (예를 들면, 직접적인) 경로가 제공되지 않게 된다. 예를 들어, (특히 가스 형태의) 누출된 유해 물질은 드릴홀의 부분(210)의 원위 단부(221), 또는 일반적으로는 드릴홀(204)의 실질적인 수평 부분(210) 내로 지향되고 이에 수집되게 된다.By including the J-
캐니스터(226)들을 경사진 드릴홀 부분(210) 내에 축적하는 대체의 방법들이 또한 구현될 수 있다. 예를 들면, 캐니스터들(226)을 경사진 드릴홀 부분(210) 내로 유체로 떠밀기 위해 유체(예를 들면, 액체 또는 가스)가 드릴홀(204)을 통해 순환될 수 있다. 소정 예에서, 각 캐니스터(226)는 개별적으로 유체로 떠밀려질 수 있다. 대체의 양태들에서는, 2개 이상의 캐니스터(226)가 실질적인 수평 부분(210) 내에서의 축적을 위해 드릴홀(204)을 통해 동시에 유체로 떠밀려질 수 있다. 유체는 몇몇 경우에는 물일 수 있다. 다른 예들로는 드릴링 머드 또는 드릴링 폼이 포함된다. 몇몇 예에서는, 공기, 아르곤, 또는 질소와 같은 가스가 캐니스터들(226)을 드릴홀 내로 떠밀기 위해 사용될 수 있다.Alternative methods of accumulating
몇몇 양태에서, 유체의 선택은 적어도 부분적으로는 유체의 점도에 의존할 수 있다. 예를 들면, 실질적인 수직 부분(206) 내로의 캐니스터(226)의 낙하를 지연시키기에 충분한 점도를 갖는 유체가 선택될 수 있다. 이러한 저항 또는 지연은 캐니스터(226)의 갑작스런 낙하에 대한 안전 인자를 제공할 수 있다. 유체는 또한 캐니스터(226)와 케이싱들(220 및 222) 사이의 슬라이딩 마찰을 감소시키는 윤활을 제공할 수 있다. 캐니스터(226)는 제어된 점도, 밀도, 및 윤활제 품질의 액체로 채워진 케이싱 내에서 운반될 수 있다. 케이싱들(220 및 222)의 내경과 운반되는 캐니스터(226)의 외경 사이의 유체로 채워진 환상부는 임의의 고속의 캐니스터 운동을 감쇠시키도록 설계된 개구를 나타내며, 그래서 운반되는 캐니스터(226)의 뜻하지 않은 분리에 대한 자동적인 패시브 보호를 제공한다.In some embodiments, the selection of a fluid may depend, at least in part, on the viscosity of the fluid. For example, a fluid having a viscosity sufficient to retard the fall of the
몇몇 양태에서, 실질적인 수평 부분(210) 내에서의 캐니스터(226)의 축적을 용이하게 하기 위해 다른 기법들이 채용될 수도 있다. 예를 들면, 설치된 케이싱들[예를 들면, 케이싱(220 및 222)] 중 하나 이상은 케이싱들과 캐니스터(226) 사이의 마찰을 저감시키면서 저장 캐니스터(226)를 드릴홀(202) 내로 안내하는 레일들을 가질 수 있다. 저장 캐니스터(226) 및 케이싱들(또는 레일들)은 서로에 대해 쉽게 슬라이딩되는 재료들로 제작될 수 있다. 케이싱들은 쉽게 윤활되는 표면, 또는 저장 캐니스터(226)의 중량을 받을 때 자체 윤활되는 표면을 가질 수 있다.In some aspects, other techniques may be employed to facilitate accumulation of the
유체는 캐니스터(226)의 회수를 위해서도 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 회수 작업에서, 케이싱들(220 및 222) 내의 체적은 압축 가스(예를 들면, 공기, 질소, 아르곤 등)로 채워질 수 있다. 실질적인 수평 부분(210)의 단부에서 압력이 증가함에 따라, 캐니스터들(226)은 J 섹션 부분(208) 쪽으로, 그리고 이어서 실질적인 수직 부분(206)을 통해 지표면으로 떠밀려질 수 있다.The fluid may also be used for retrieval of the
몇몇 양태에서, 드릴홀(204)은 유해 물질들의 장기 저장을 주 목적으로 형성될 수 있다. 대체 양태들에서, 드릴홀(204)은 탄화수소 생산(예를 들면, 오일, 가스)을 주 목적으로 이전에 형성되었을 수도 있다. 예를 들어, 저장 층(219)은 탄화수소가 드릴홀(204) 및 지표면(202)으로 생산되었던 탄화수소 보유층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 저장 층(219)은 탄화수소 생산 전에 수압식으로 파쇄되었을 수 있다. 또한 몇몇 양태에서, 생산 케이싱(222)은 수압 파쇄 전에 천공되었을 수 있다. 이러한 양태들에서, 생산 케이싱(222)은 유해 물질의 축적 작업 전에 천공 프로세스로 인해 생긴 임의의 구멍들을 수리하기 위해 패치될 수 있다(예를 들면, 시멘트로 봉합될 수 있음). 또한, 이때에 케이싱과 드릴홀 사이의 시멘트의 크랙들 또는 개구들도 또한 메울 수 있다.In some aspects, the
예를 들면, 사용후 핵연료가 유해 물질인 경우에, 그 위치가 셰일층과 같은 적합한 저장 층(219)을 포함하면 특정 위치, 예를 들면 원자력 발전소 근처에 새로운 드릴홀로서 드릴홀이 형성될 수 있다. 이와 달리, 셰일 가스를 이미 생산하고 있는 기존의 시추공, 또는 "고갈되어" 방치된 시추공(예를 들면, 유기물이 충분히 적어서 그 장소의 가스가 상업적 개발 목적으로는 너무 적음)이 드릴홀(204)로 선택될 수도 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(204)을 통한 저장 층(219)의 이전의 수압 파쇄는 드릴홀(204)의 유해 물질 저장 능력에 거의 차이를 만들지 않을 수 있다. 그러나 이러한 이전 활동은 수백만 년 동안 가스 및 다른 유체들을 저장하는 저장 층(219)의 능력을 또한 확인시켜 줄 수 있다. 그래서, 유해 물질 또는 유해 물질의 출력(예를 들면, 방사성 가스 등)이 캐니스터(226)로부터 빠져 나와서 저장 층(219)의 파쇄된 층으로 들어가는 경우에, 이러한 파쇄들은 해당 물질이 파쇄와 그 크기가 필적하는 거리에 걸쳐 비교적 빠르게 퍼지게 할 수 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(202)은 탄화수소의 생산을 위해 드릴링되었으나, 예를 들면 저장 층(219)이 너무 연성이고 생산을 위해 파쇄하기는 곤란하면서도, 유해 물질의 장기 저장에는 유익하게 연성인 암석층(예를 들면, 셰일 등)을 포함하기 때문에 이러한 탄화수소의 생산에는 실패하였을 수 있다.For example, where spent nuclear fuel is a hazardous material, a drill hole may be formed as a new drill hole at a specific location, for example near a nuclear power plant, provided that location includes a
도 3은 본 발명에 따른 축적 또는 회수 작업 중의 다른 유해 물질 저장 리파지토리 시스템, 예를 들면 유해 물질의 장기적(예를 들면, 수십, 수백, 또는 수천 년 이상)이지만 회수 가능한 안전하고 보안적인 저장을 위한 지하 위치의 예시적인 구현예의 개략도이다. 예를 들어 도 3을 참조하면, 이 도면은 축적(또는 아래에 기술되는 회수) 프로세스 동안, 예를 들면 지하 지층에 유해 물질의 하나 이상의 캐니스터를 전개하는 도중의 예시적인 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)을 도시한다. 예시된 바와 같이, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)은 지표면(302)으로부터 그리고 복수의 지하 층(312, 314, 및 316)을 통해서 (예를 들면, 드릴링 등으로) 형성된 드릴홀(304)을 포함한다. 지표면(302)은 육지면으로 도시되어 있으나, 지표면(302)은 호수 또는 해저 또는 수역 아래의 다른 표면과 같은 해중 또는 다른 수중 표면일 수 있다. 그래서, 본 발명은 드릴홀(304)이 수역 위 또는 그 근처의 드릴링 위치로부터 수역 아래로 형성될 수 있음을 고려한다.3 is another hazardous material storage repository system during accumulation or recovery operations in accordance with the present invention, for example, for long-term (eg, tens, hundreds, or thousands of years or more) but recoverable safe and secure storage of hazardous materials; A schematic diagram of an exemplary embodiment of a subterranean location. Referring for example to FIG. 3 , this diagram illustrates an exemplary hazardous material
예시된 드릴홀(304)은 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)의 이 예에서는 지향성 드릴홀이다. 예를 들어, 드릴홀(304)은 만곡 부분(308)에 연결된 실질적인 수직 부분(306)을 포함하며, 만곡 부분(308)은 다시 수직 파동형 부분(vertically undulating portion)(310)에 결합된다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 드릴홀 배향의 맥락에서 "실질적으로"는 정확하게 수직[예를 들면, 지표면(302)에 정확히 직교]하지 않을 수 있거나 또는 정확하게 수평[예를 들면, 지표면(302)에 정확하게 평행]하지 않을 수 있거나, 또는 지표면(302)에 대해 특정 경사각으로 정확하게 경사지지 않을 수 있는 드릴홀을 지칭한다. 다시 말해서, 수직 드릴홀들은 종종 진수직 방향으로부터 오프셋되어 파동형을 이루며, 그래서 진수직으로부터 이탈된 각도로 드릴링될 수 있고, 수평 드릴홀들은 종종 정확한 수평으로부터 오프셋되어 파동형을 이룬다. 또한, 몇몇 양태에서, 파동형 부분은 규칙성을 갖도록, 즉 균일하게 이격된 정점(peak) 또는 균일하게 이격된 골(valley)을 갖도록, 파동형을 이룰 수 있다. 대신에, 파동형 드릴홀은 예를 들면, 불균일하게 이격된 정점들 및/또는 불균일하게 이격된 골들로 불규칙하게 파동형을 이룰 수도 있다. 또한, 파동형 드릴홀은 드릴홀의 길이를 따라 변하는 정점-골 간(間) 거리를 가질 수 있다. 이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(304)의 3개의 부분 - 수직 부분(306), 만곡 부분(308), 및 수직 파동형 부분(310) - 은 땅속으로 연장되는 연속적인 드릴홀(304)을 형성한다.The illustrated
도시된 드릴홀(304)은 이 예에서, 지표면(302)으로부터 땅속의 특정 깊이로 드릴홀(304) 둘레에 위치되고 설정되는 표면 케이싱(320)을 갖는다. 예를 들어, 표면 케이싱(320)은 얕은 층에서 드릴홀(304)의 둘레에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 비교적 큰 직경의 관형 부재(또는 일련의 부재들)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "튜브형"은 원형 단면, 타원형 단면, 또는 다른 형상의 단면을 갖는 부재를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)의 이 구현예에서, 표면 케이싱(320)은 지표면으로부터 표층(312)을 통해 연장된다. 표층(312)은 이 예에서, 하나 이상의 층상 암석층으로 구성된 지질층이다. 몇몇 양태에서, 이 예의 표층(312)은 담수 대수층, 염수 또는 브라인 공급원 또는 다른 이동수 공급원(예를 들면, 지질층을 통과하여 이동하는 물)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 몇몇 양태에서, 표면 케이싱(320)은 드릴홀(304)을 이러한 이동수로부터 격리시킬 수 있고, 드릴홀(304)에 설치되는 다른 케이싱 스트링을 위한 매달림 위치를 또한 제공할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 드릴링 유체가 표층(312)으로 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 표면 케이싱(320)의 위에[예를 들면, 표면 케이싱(320)과 지표면(302) 사이에서 표층(312) 내에] 컨덕터 케이싱이 설정될 수 있다.The
도시된 바와 같이, 생산 케이싱(322)이 표면 케이싱(320)의 드릴홀(304) 다운홀 내에 위치되고 설정된다. 이 예에서는 "생산" 케이싱이라 명명되고 있으나, 케이싱(322)은 탄화수소 생산 작업을 거쳤거나 거치지 않았을 수 있다. 그래서, 케이싱(322)은 표면 케이싱(320)의 드릴홀(304) 다운홀 내에 설정된(예를 들면, 시멘트로 합착된) 임의의 형태의 관형 부재를 지칭하고 이를 포함한다. 유해 물질 저장 저장 리파지토리 시스템(300)의 몇몇 예에서, 생산 케이싱(322)은 만곡 부분(308)의 단부에서 시작하여 수직 파동형 부분(310) 전체에 걸쳐서 연장될 수 있다. 케이싱(322)은 또한 만곡 부분(308) 내로 그리고 수직 부분(306) 내로도 연장될 수 있다.As shown, a
도시된 바와 같이, 시멘트(330)는 케이싱(320 및 322)과 드릴홀(304) 사이에서 환상으로 케이싱(320 및 322) 둘레에 위치(예를 들면, 펌핑)된다. 시멘트(330)는 예를 들면, 지표면(302) 아래의 지하 층들을 통해 케이싱들(320 및 322)[및 드릴홀(304)의 임의의 다른 케이싱들 또는 라이너들]을 고정시킬 수 있다. 몇몇 양태에서, 시멘트(330)는 케이싱들[예를 들면, 케이싱들(320 및 322) 및 임의의 다른 케이싱들]의 전체 길이를 따라 설치될 수 있고, 또는 특정 드릴홀(302)에 적합한 경우 시멘트(330)는 케이싱들의 특정 부분을 따라 사용될 수도 있다. 시멘트(330)는 또한 캐니스터들(326) 내의 유해 물질에 대한 추가적인 봉쇄 층을 제공할 수 있다.As shown,
드릴홀(304) 및 관련 케이싱들(320 및 322)은 다양한 예시적인 치수 및 다양한 예시적인 깊이[예를 들면, 진수직 깊이(true vertical depth), 즉 TVD]로 형성될 수 있다. 예를 들어, 컨덕터 케이싱(도시되지 않음)은 약 28 인치(약 71.12 cm) 내지 60 인치(152.4 cm)의 직경으로 약 120 피트(약 36.57 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(320)은 약 22 인치(약 55.88 cm) 내지 48 인치(약 121.92 cm)의 직경으로 약 2500 피트(약 762 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 표면 케이싱(320)과 생산 케이싱(322) 사이의 중간 케이싱(도시되지 않음)은 약 16 인치(약 40.64 cm) 내지 36 인치(약 91.44 cm)의 직경으로 약 8000 피트(약 2438.4 m) TVD까지 아래로 연장될 수 있다. 생산 케이싱(322)은 약 11 인치(약 27.94 cm) 내지 22 인치(약 55.88 cm)의 직경으로 [예를 들면, 수직 파동형 부분(310)를 케이스화하기 위해] 경사지게 연장될 수 있다. 전술한 치수들은 단지 예로서 제공된 것이며 다른 치수들(예를 들면, 직경들, TVD들, 길이들)도 본 발명에 의해 고려된다. 예를 들어, 직경과 TVD는 복수의 지하 층(312, 314, 및 316) 중 하나 이상의 층의 특정 지질 조성, 특정 드릴링 기법뿐만 아니라, 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)에 축적되는 유해 물질을 포함하는 유해 물질 캐니스터(326)의 크기, 형상, 또는 디자인에 따라서도 달라질 수 있다. 몇몇 대체의 예에서, 생산 케이싱(322)[또는 드릴홀(304) 내의 다른 케이싱]은 단면이 원형이거나, 단면이 타원형이거나, 또는 다른 형태일 수 있다.
도시된 바와 같이, 드릴홀(304)의 수직 부분(306)은 지하 층들(312, 314, 및 316)을 통해 연장되며, 이 예에서는 지하 층(319)에 착지하고 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 표층(312)은 이동수를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이 예에서 표층(312) 아래에 있는 지하 층(314)은 이동수 층(314)이다. 예를 들어, 이동수 층(314)은 담수 대수층, 염수 또는 브라인과 같은 이동수의 하나 이상의 공급원, 또는 다른 이동수 공급원을 포함할 수 있다. 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)의 이 예에서, 이동수는 지하 층의 전체 또는 일부에 걸친 압력 차에 기초하여 지하 층을 통해 이동하는 물일 수 있다. 예를 들어, 이동수 층(314)은 물이 이동수 층(314) 내에서 (예를 들면, 압력 차 등으로 인해) 자유롭게 이동하는 투과성 지질층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 이동수 층(314)은 특정 지리적 영역에서 인간이 소비할 수 있는 물의 주 공급원일 수 있다. 이동수 층(314)을 구성할 수 있는 암석층의 예들로는 다공질 사암 및 석회석 등이 포함된다.As shown, a
불투과성 층(316) 및 저장 층(319)과 같은 다른 도시된 층은 부동수를 포함할 수 있다. 부동수는 몇몇 양태에서, 인간 또는 동물의 소비 또는 양자 모두의 소비에 적합하지 않은 물(예를 들면, 담수, 염수, 브라인)이다. 부동수는 몇몇 양태에서, 층들(316 또는 319)(또는 양자 모두)을 통한 그 이동에 의해 10,000년 이상(예를 들면, 1,000,000년까지) 이내에 이동수 층(314), 지표면(302), 또는 양자 모두에 도달할 수 없는 물일 수 있다.Other illustrated layers, such as the
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)의 이 예시적인 구현예에서 이동수 층(314) 아래에는 불투과성 층(316)이 있다. 불투과성 층(316)은 이 예에서, 이동수가 통과하는 것을 허용하지 않을 수 있다. 그래서, 이동수 층(314)에 비해, 불투과성 층(316)은 낮은 투과성, 예를 들면 나노다시 정도의 투과성을 가질 수 있다. 또한, 이 예에서, 불투과성 층(316)은 비교적 비연성(즉, 취성)의 지질층일 수 있다. 비연성의 척도 중 하나는 취성이며, 이는 인장 강도에 대한 압축 응력의 비이다. 몇몇 예에서, 불투과성 층(316)의 취성은 약 20 MPa 내지 40 MPa 사이일 수 있다.Underneath the
이 예에 도시된 바와 같이, 불투과성 층(316)은 저장 층(319)보다 더 얕다[예를 들면, 지표면(302)에 더 가까움]. 이 예에서, 불투과성 층(316)을 구성할 수 있는 암석층은 예를 들면, 상술한 바와 같은 투과성 및 취성 특성들을 나타내는 특정 종류의 사암, 이암, 점토, 및 슬레이트를 포함한다. 대체의 예들에서, 불투과성 층(316)은 저장 층(319)보다 더 깊을 수 있다[예를 들면, 지표면(302)으로부터 더 멀리에 있을 수 있음]. 이러한 대체의 예들에서, 불투과성 층(316)은 화강암과 같은 화성암으로 구성될 수 있다.As shown in this example, the
불투과성 층(316) 아래에는 저장 층(319)이 있다. 저장 층(319)은 이 예에서, 여러 가지 이유로 유해 물질을 저장하는 수직 파동형 부분(310)에 대한 착지부로 선택될 수 있다. 불투과성 층(316) 또는 다른 층들에 비해, 저장 층(319)은 두꺼울 수 있는데, 예를 들면 약 100 피트(약 30.48 m) 내지 200 피트(약 60.96 m) 사이의 총 수직 두께일 수 있다. 저장 층(319)의 두께는 시공(예를 들면, 드릴링) 중에 보다 용이한 착지 및 지향성 드릴링을 가능케 하여, 수직 파동형 부분(310)이 저장 층(319) 내에 용이하게 배치될 수 있게 한다. 저장 층(319)의 대략적인 수평 중심을 통해 형성되는 경우, 수직 파동형 부분(310)은 저장 층(319)을 포함하는 약 50 피트(약 15.24 m) 내지 100 (약 30.48 m) 피트의 지질층에 의해 둘러싸일 수 있다. 게다가, 저장 층(319)은 또한 예를 들면, 층(319)의 매우 낮은 투과성(예를 들면, 밀리다시 또는 나노다시 정도)으로 인해 부동수만을 가질 수 있다. 또한, 저장 층(319)은 이 저장 층(319)을 구성하는 암석층의 취성이 약 3 MPa 내지 10 MPa 사이가 되도록 충분한 연성을 가질 수 있다. 저장 층(319)을 구성할 수 있는 암석의 예들로는 셰일 및 경석고가 포함된다. 또한, 몇몇 양태에서, 저장 층이 투과성 층을 이동성 층(314)으로부터 격리시키기에 충분한 지질 특성들을 갖는 경우, 유해 물질은 저장 층 아래에, 심지어는 사암 또는 석회석과 같은 투과성 층에도 저장될 수 있다.Below the
유해 물질 저장 리파지토리 시스템(300)의 몇몇 예시적인 구현예에서, 저장 층(319)[및/또는 불투과성 층(316)]은 셰일로 구성된다. 셰일은 몇몇 예에서, 저장 층(319)에 대해 위에서 설명된 것들에 적합한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 셰일층은 [예를 들면, 유해 물질 캐니스터들(326) 내에서의] 유해 물질의 장기 봉쇄 그리고 이동수 층(314)(예를 들면, 대수층) 및 지표면(302)으로부터의 격리에 적합할 수 있다. 셰일층들은 땅속의 비교적 깊은 곳, 전형적으로 3000 피트(약 914.4 m) 이상에서 발견될 수 있으며, 임의의 담수 대수층 아래에 격리 배치될 수 있다. 다른 층들은 염층 또는 다른 불투과성 층을 포함할 수 있다.In some example implementations of hazardous material
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 예를 들어, 물질의 장기(예를 들면, 수천 년) 격리를 향상시키는 지질 특성들을 포함할 수 있다. 이러한 특성들은 예를 들면, 탄화수소 유체(예를 들면, 가스, 액체, 혼합상 유체)가 주변 층들[예를 들면, 이동수 층(314)]로 빠져 나가는 일 없는 이러한 유체의 장기 저장(예를 들면, 수천만 년)을 통해 예시되어 왔다. 실제로, 셰일은 수백만 년 이상 천연 가스를 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 이는 유해 물질의 장기 저장에 대한 입증된 능력을 부여한다. 예시적인 셰일층들(예를 들면, Marcellus, Eagle Ford, Barnett 등)은, 수백만 년 동안 물, 기름, 및 가스의 이동을 방지하는 데 효과적인 다수의 중복 밀봉 층을 포함하고, 이동수가 결여되어 있으며, 축적 후 수천 년 동안 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)을 밀봉할 것으로 (예를 들면, 지질학적 고려 사항들에 기초하여) 예상될 수 있는 성층을 갖는다.A shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may, for example, contain geological properties that enhance long-term (eg, thousands of years) sequestration of material. These properties are, for example, the long-term storage of hydrocarbon fluids (eg, gases, liquids, mixed-phase fluids) without escaping into the surrounding layers (eg, the mobile water layer 314 ). , tens of millions of years). In fact, shale has been shown to hold natural gas for more than millions of years, giving it a proven ability for long-term storage of hazardous substances. Exemplary shale layers (e.g., Marcellus, Eagle Ford, Barnett, etc.) contain multiple overlapping sealing layers effective to prevent the movement of water, oil, and gas over millions of years, and lack migration water; It has a stratum that can be expected to seal (eg, based on geological considerations) a hazardous material (eg, fluid or solid) for thousands of years after accumulation.
몇몇 양태에서, 저장 층(319) 및/또는 불투과성 층(316)의 층은 수백 년, 수천 년, 수만 년, 수십만, 또는 심지어 수백만 년 동안의 탄화수소 또는 다른 유체(예를 들면, 이산화탄소)에 대한 층의 저장 능력의 증거에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있는 누출 장벽 또는 유체 누출에 대한 장벽 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 저장 층(319) 및/또는 불투과성 층(316)의 장벽 층은 탄화수소 또는 다른 유체의 저장에 대한 이러한 증거에 기초하여 10,000년 이상(예컨대 10,000년 내지 1,000,000년 사이) 동안의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의될 수 있다.In some embodiments, the layers of the
셰일층(또는 염층 또는 다른 불투과성 층)은 또한 적절한 깊이, 예를 들면 3000 피트(약 914.4 m) TVD 내지 12,000 피트(약 3657.6 m) TVD에 있을 수 있다. 이러한 깊이는 전형적으로 지하수 대수층[예를 들면, 표층(312) 및/또는 이동수 층(314)] 아래에 있다. 또한, 염을 포함한 셰일 내의 가용성 원소들의 존재 및 대수층 내의 이들 동일 원소들의 부재는 셰일과 대수층 사이의 유체 격리를 보여준다.The shale layer (or salt layer or other impermeable layer) may also be at a suitable depth, for example 3000 feet (about 914.4 m) TVD to 12,000 feet (about 3657.6 m) TVD. This depth is typically below groundwater aquifers (eg,
셰일 자체가 유해 물질 저장에 유리하게 될 수 있게 하는 셰일의 다른 특정 품질은 그 점토 함량이며, 이는 몇몇 양태에서 다른 불투과성 암석층들[예를 들면, 불투과성 층(316)]에서 보게 되는 것보다 더 큰 연성 측정치를 제공한다. 예를 들어, 셰일은 층화되어, 점토들(예를 들면, 약 20 내지 30 체적 당 중량% 사이의 점토) 및 다른 광물들의 교호적인 박층들로 구성될 수 있다. 이러한 조성은 불투과성 층의 암석층(예를 들면, 백운석 등)과 비교하여, 셰일이 덜 취성이 되게 하며, 그래서 (예를 들면, 자연적으로 또는 달리) 파쇄에 덜 취약하게 할 수 있다. 예를 들어, 불투과성 층(316)의 암석층은 유해 물질의 장기 저장에 적합한 투과성을 가질 수는 있으나, 너무 취성이고 흔히 파쇄된다. 그래서, 이러한 층들은 유해 물질의 장기 저장에 있어서 (그 지질 특성들을 통해 입증된) 충분한 밀봉 품질을 갖지 않을 수 있다.Another particular quality of a shale that makes it itself advantageous for hazardous material storage is its clay content, which in some embodiments is higher than that seen in other impermeable rock layers (eg, impermeable layer 316 ). It provides a greater measure of ductility. For example, shale may be stratified and composed of alternating thin layers of clays (eg, between about 20 and 30 weight percent clay per volume) and other minerals. This composition may render the shale less brittle and thus less susceptible to fracture (eg, naturally or otherwise) compared to rock layers of impermeable layers (eg, dolomite, etc.). For example, the rock layers of
본 발명은 예시된 지하 층들(312, 314, 316, 및 319) 간에 또는 이들 사이에 많은 다른 층이 존재할 수 있음을 고려한다. 예를 들어, (예컨대, 수직으로) 하나 이상의 이동수 층(314), 불투과성 층(316), 및 저장 층(319)의 반복 패턴이 있을 수 있다. 또한, 몇몇 예에서, 저장 층(319)은 이동수 층(314)에 (예를 들면, 수직으로) 바로 인접할 수 있는데, 즉 개재된 불투과성 층(316) 없이 이루어질 수 있다. 몇몇 예에서, 만곡 부분(308) 및 수직 파동형 부분(310)의 전체 또는 일부는 저장 층(319) 아래에 형성될 수 있으며, 그래서 저장 층(319)(예를 들면, 본 명세서에 기술된 특성들을 갖는 셰일층 또는 다른 지질층)은 수직으로 수직 파동형 부분(310)과 이동수 층(314)의 사이에 위치된다.The present invention contemplates that many other layers may exist between or between the illustrated
도 3에 도시된 이 특정 예에는 예시되지 않았으나, 지표면(302)의 아래에서, 예를 들면 지표면(302)과 불투과성 층(316) 및 저장 층(319) 중 어느 하나 또는 양자 모두와의 사이에서 [예를 들면, 자가 복원 층(132)과 같은] 자가 복원 층을 볼 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층은 드릴홀(304)의 저장 부분으로부터 지표면(302)으로 또는 지표면(302) 쪽으로 (액체, 고체, 또는 기체 형태에 관계없이) 유해 물질의 흐름을 정지시키거나 저지할 수 있는 지질층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 드릴홀(304)의 형성(예를 들면, 드릴링) 중에, 층들(312, 314, 316, 및 319)의 지질층의 전체 또는 일부는 손상될 수 있으며, 그에 따라 그 지질 특성들(예를 들면, 투과성)에 영향을 미치거나 이들을 변경시킬 수 있다.Although not illustrated in this particular example shown in FIG. 3 , below
특정 양태들에서, 드릴홀(304)의 위치는 자가 복원 층을 통해 관통하여 형성되도록 선택될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 드릴홀(304)은 드릴홀(304)의 수직 부분(306)의 적어도 일부가 자가 복원 층을 관통하여 형성되도록 형성될 수 있다. 몇몇 양태에서, 자가 복원 층은, 해당 자가 복원 층을 관통하여 드릴링이 이루어지고 난 후에도 장시간 동안 크랙을 유지하지 않는 지질층을 포함한다. 자가 복원 층의 지질층의 예들로는 점토 또는 백운석이 포함된다. 이러한 암석층에서의 크랙은 복원되는 경향이 있는데, 즉 물질의 상대적인 연성 및 자가 복원 층의 층 위에 있는 암석의 무게로부터 지하에서 발생하는 엄청난 압력으로 인해 크랙은 시간 경과에 따라 급속히 사라진다. 드릴홀(304)의 형성(예를 들면, 드릴링 등)으로 인해 발생하는 크랙들에 대한 "복원 메커니즘"을 제공하는 것 외에도, 자가 복원 층은 또한 이 층이 없을 경우 [예를 들면, 수직 파동형 부분(310) 내의] 저장 영역으로부터 지표면(302), 이동수 층(314), 또는 양자 모두로의 유해 물질(예를 들면, 유체 또는 고체)의 누출에 대한 경로를 제공할 수 있는 자연 단층 및 다른 크랙에 대한 장벽을 제공할 수 있다.In certain aspects, the location of the
이 예에 도시된 바와 같이, 드릴홀(304)의 수직 파동형 부분(310)은 이 부분(310)의 원위부에 저장 영역(317)을 포함하며, 이 저장 영역(317) 내에 유해 물질이 장기 저장을 위해 회수 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 작업 스트링(324)(예를 들면, 튜빙, 코일형 튜빙, 와이어라인 등)이 하나 이상(3개가 도시되어 있으나 더 많거나 더 적은 수가 있을 수 있음)의 유해 물질 캐니스터(326)를 수직 파동형 부분(310) 내에 장기적이지만, 몇몇 양태에서는 회수 가능한 저장 상태로 배치하기 위해, 케이스화된 드릴홀(304) 내로 연장될 수 있다. 예를 들면 도 3에 도시된 구현예에서, 작업 스트링(324)은 캐니스터(326)에 결합되는 다운홀 툴(328)을 포함할 수 있으며, 드릴홀(304) 내로의 각 트립에 의해, 다운홀 툴(328)은 특정 유해 물질 캐니스터(326)를 수직 파동형 부분(310)에 축적할 수 있다.As shown in this example, the vertical undulating
다운홀 툴(328)은 몇몇 양태에서, 나사식 연결 또는 래치식 연결과 같은 다른 유형의 연결에 의해 캐니스터(326)에 결합될 수 있다. 대체의 양태들에서는, 다운홀 툴(328)의 회전(또는 직선 운동 또는 전기 또는 유압 스위치)에 의해 캐니스터(326)에 래치 결합(또는 이로부터 래치 해제)될 수 있도록, 다운홀 툴(328)은 인터로킹 래치에 의해 캐니스터(326)에 결합될 수 있다. 대체의 양태들에서, 다운홀 툴(328)은 캐니스터(326)에 인력에 의해 결합되는 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(326)는 또한 다운홀 툴(328) 상의 자석과 반대 극성의 하나 이상의 자석(예를 들면, 희토류 자석, 전자석, 이들의 조합 등)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 캐니스터(326)는 다운홀 툴(328)의 자석에 대해 인력성(引力性)을 갖는 철 또는 다른 재료로 제작되거나 이러한 재료를 포함할 수 있다.The
다른 예로서, 각 캐니스터(326)는 (예를 들면, 와이어라인 등의) 드릴홀 트랙터에 의해 드릴홀(304) 내에 위치될 수 있는데, 드릴홀 트랙터는 전동식(예를 들면, 전기식) 운동을 통해 캐니스터를 수직 파동형 부분(310) 내로 떠밀거나 당길 수 있다. 또 다른 예로서, 각 캐니스터(326)는 롤러(예를 들면, 휠)를 포함하거나 이에 장착될 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(328)은 캐니스터(326)를 케이스화된 드릴홀(304) 내로 떠밀 수 있다.As another example, each
몇몇 예시적인 구현예에서, 캐니스터(326), 드릴홀 케이싱들(320 및 322) 중 하나 이상, 또는 양자 모두는 축적 작업 전에 마찰 감소 코팅으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 캐니스터(326) 및/또는 드릴홀 케이싱들에 코팅(예를 들면, 석유기반 제품, 수지, 세라믹 등)을 도포함으로써, 캐니스터(326)는 케이스화된 드릴홀(304)을 통해 수직 파동형 부분(310) 내로 보다 용이하게 이동될 수 있다. 몇몇 양태에서는, 드릴홀 케이싱들의 일부만이 코팅될 수도 있다. 예를 들면 몇몇 양태에서, 실질적인 수직 부분(306)은 코팅되지 않을 수 있으나, 만곡 부분(308) 또는 수직 파동형 부분(310) 또는 양자 모두는 캐니스터(326)의 용이한 축적 및 회수를 촉진하기 위해 코팅될 수 있다.In some example implementations,
도 3은 또한 드릴홀(304)의 수직 파동형 부분(310)에서의 유해 물질의 회수 작업의 일례를 도시한다. 회수 작업은 축적 작업의 반대일 수 있으며, 그래서 다운홀 툴(328)(예를 들면, 낚시 도구)이 드릴홀(304) 내로 진입되어, 마지막으로 축적된 캐니스터(326)에 (예를 들면, 나사식으로, 래치식으로, 자석으로 등에 의해) 결합되고는, 캐니스터(326)를 지표면(302)으로 당긴다. 드릴홀(304)의 수직 파동형 부분(310)으로부터 복수의 캐니스터를 회수하기 위해 다운홀 툴(328)에 의해 복수의 회수 트립(trip)이 이루어질 수 있다.FIG. 3 also shows an example of a recovery operation of hazardous substances in the vertical undulating
각 캐니스터(326)에는 유해 물질을 봉입할 수 있다. 이러한 유해 물질은 몇몇 예에서, 생물학적 또는 화학적 폐기물 또는 다른 생물학적 또는 화학적 유해 물질일 수 있다. 몇몇 예에서, 유해 물질은 원자로(예를 들면, 상용 발전용 또는 시험용 원자로) 또는 군용 핵 물질로부터 회수된 사용후 핵연료와 같은 핵 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기가와트의 원자력 발전소는 매년 30톤의 사용후 핵연료를 발생시킬 수 있다. 그 연료의 밀도는 전형적으로 10(10 gm/cm3 = 10 kg/liter)에 가까우며, 그래서 1년간의 핵 폐기물의 부피는 약 3m3 이다. 핵연료 펠릿 형태의 사용후 핵연료는 원자로로부터 취출되어서는 변형되지 않을 수 있다. 핵연료 펠릿은 고체지만, 트리튬(13년의 반감기), 크립톤-85(10.8년의 반감기), 및 C-14(5730년의 반감기)를 포함하는 이산화탄소를 포함한 다양한 방사성 가스를 함유할 수 있고 이들을 방출할 수 있다.Each
몇몇 양태에서, 저장 층(319)은 임의의 방사능 출력(예를 들면, 가스들)이 캐니스터들(326)을 빠져 나가더라도 이 저장 층(319) 내에 이러한 방사성 출력을 봉쇄할 수 있어야 한다. 예를 들면, 저장 층(319)은 이 저장 층(319)을 통한 방사성 출력의 확산 시간에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 저장 층(319)을 빠져 나가는 방사능 출력의 최소 확산 시간은 예를 들면, 핵연료 펠릿의 임의의 특정 성분의 반감기의 50배로 설정될 수 있다. 반감기의 50배를 최소 확산 시간으로 하면 방사능 출력량을 1 × 10-15로 저감시키게 된다. 다른 예로서, 최소 확산 시간을 반감기의 30배로 설정하면 방사능 출력량이 10억분의 1로 감소하게 된다.In some aspects, the
예를 들어, 플루토늄-239는 24,100년의 긴 반감기 때문에 사용후 핵연료에 있어서 종종 위험한 폐기물로 간주된다. 이 동위 원소의 경우, 반감기의 50배는 120만 년이다. 플루토늄-239는 물에 대한 용해도가 낮고, 휘발성이 아니며, 고체로서 도시된 저장 층(319)(예를 들면, 셰일층 또는 다른 층)을 포함하는 암석층의 매트릭스를 통해서는 확산 가능하지 않다. 예를 들면 셰일로 구성된 저장 층(319)은 수백만 년 동안 기체 탄화수소(예를 들면, 메탄 등)를 함유한 지질학적 역사에 의해 입증되는 바와 같이 이러한 격리 시간(예를 들면, 수백만 년)을 갖는 능력을 제공할 수 있다. 대조적으로, 종래의 핵 물질 저장 방법들에서는, 일부 플루토늄이 봉쇄로부터 빠져 나갈 시에 이동 지하수를 포함하는 층에서 용해될 위험이 있었다.For example, plutonium-239 is often considered a hazardous waste for spent nuclear fuel because of its long half-life of 24,100 years. For this isotope, 50 times its half-life is 1.2 million years. Plutonium-239 has poor water solubility, is not volatile, and is not diffusible through the matrix of rock formations including storage layer 319 (eg, shale or other layers) shown as a solid. For example, a
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 저장 캐니스터들(326)은 도시된 바와 같이 만곡 부분(308)를 통해 드릴홀(104)의 수직 부분(106)에 연결되는 수직 파동형 부분(310)에 장기 저장을 위해 위치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 만곡 부분(308)은 지표면(302) 쪽으로 경사진 상향 부분을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 드릴홀(304)의 파동형 부분(310)은 수 개의 [표면(302)에 대해] 상방으로 경사진 부분 및 하방으로 경사진 부분을 포함하며, 그에 따라 파동형 부분(310)에 수 개의 정점(peak) 및 골(valley)을 형성한다. 몇몇 양태에서, 예를 들면 캐니스터들(326) 내에 방사성 유해 물질이 저장되어 있는 경우, 만곡 부분(308) 및 파동형 부분(310)의 이러한 경사는, 설령 캐니스터(326)로부터 누출된다 하더라도 물질이 예를 들면, 이동수 층(314), 드릴홀(304)의 수직 부분(306), 지표면(302), 또는 이들의 조합에 도달하는 것을 방지 또는 저지하는 추가적인 수준의 안전성 및 봉쇄를 제공할 수 있다. 예를 들면, 유해 물질 내의 우려되는 방사성 핵종은 (그 물질의 다른 성분들에 비해) 상대적으로 부유성이 있거나 무거운 경향이 있다. 부유성 방사성 핵종이 누출에 대한 우려가 가장 클 수 있는데, 이는 무거운 원소와 분자는 가라앉는 경향이 있어서 지표면(302)을 향해 위쪽으로 확산되지 않기 때문이다. 크립톤 가스, 특히 크립톤-85는 (대부분의 가스와 마찬가지로) 공기보다는 무겁지만 물보다는 훨씬 가벼운 부유성 방사성 원소이다. 그래서, 크립톤-85가 수조에 도입된다면, 그러한 가스는 지표면(302)을 향해 위쪽으로 부유하는 경향이 있게 된다. 반면에, 아이오딘은 물보다 밀도가 높으며, 그래서 수조에 도입된다면 아래쪽으로 확산되는 경향이 있게 된다.As further shown in FIG. 3 , the
드릴홀(304)의 만곡 부분(308)과 파동형 부분(310)를 포함함으로써, [예를 들면, 캐니스터(326)로부터 누출되는 경우 및 드릴홀(304) 등에 물 또는 다른 액체의 존재 하에서도] 방사성 물질의 임의의 이러한 확산은 수직 파동형 부분(310) 쪽으로 그리고 보다 구체적으로는 수직 파동형 부분(310) 내의 정점들 쪽으로 그리고 드릴홀(304)의 만곡 부분(308)[및 수직 부분(306)]으로부터 멀리 지향되게 된다. 그래서, 누출된 유해 물질은 확산성 가스 형태인 경우라 하더라도 드릴홀(310)의 수직 부분(306)을 통한 지표면(302)[또는 이동수 층(314)]으로의 (예를 들면, 직접적인) 경로가 제공되지 않게 된다. 예를 들어, (특히 가스 형태의) 누출된 유해 물질은 드릴홀의 부분(310)의 정점들에, 또는 일반적으로는 드릴홀(304)의 수직 파동형 부분(310) 내로 지향되고 이에 수집되게 된다.By including the
캐니스터들(326)을 경사진 드릴홀 부분(310) 내에 축적하는 대체의 방법들이 또한 구현될 수 있다. 예를 들면, 캐니스터(326)를 경사진 드릴홀 부분(310) 내로 유체로 떠밀기 위해 유체(예를 들면, 액체 또는 가스)가 드릴홀(304)을 통해 순환될 수 있다. 소정 예에서, 각 캐니스터(326)는 개별적으로 유체로 떠밀려질 수 있다. 대체의 양태들에서는, 2개 이상의 캐니스터(326)가 수직 파동형 부분(310) 내에서의 축적을 위해 드릴홀(304)을 통해 동시에 유체로 떠밀려질 수 있다. 유체는 몇몇 경우에는 물일 수 있다. 다른 예들로는 드릴링 머드 또는 드릴링 폼이 포함된다. 몇몇 예에서는, 공기, 아르곤, 또는 질소와 같은 가스가 캐니스터들(326)을 드릴홀 내로 떠밀기 위해 사용될 수 있다.Alternative methods of accumulating
몇몇 양태에서, 유체의 선택은 적어도 부분적으로는 유체의 점도에 의존할 수 있다. 예를 들면, 실질적인 수직 부분(306) 내로의 캐니스터(326)의 낙하를 지연시키기에 충분한 점도를 갖는 유체가 선택될 수 있다. 이러한 저항 또는 지연은 캐니스터(326)의 갑작스런 낙하에 대한 안전 인자를 제공할 수 있다. 유체는 또한 캐니스터(326)와 케이싱들(320 및 322) 사이의 슬라이딩 마찰을 감소시키는 윤활을 제공할 수 있다. 캐니스터(326)는 제어된 점도, 밀도, 및 윤활제 품질의 액체로 채워진 케이싱 내에서 운반될 수 있다. 케이싱들(320 및 322)의 내경과 운반되는 캐니스터(326)의 외경 사이의 유체로 채워진 환상부는 임의의 고속의 캐니스터 운동을 감쇠시키도록 설계된 개구를 나타내며, 그래서 운반되는 캐니스터(326)의 뜻하지 않은 분리에 대한 자동적인 패시브 보호를 제공한다.In some embodiments, the selection of a fluid may depend, at least in part, on the viscosity of the fluid. For example, a fluid having a viscosity sufficient to retard the fall of the
몇몇 양태에서, 수직 파동형 부분(310) 내에서의 캐니스터(326)의 축적을 용이하게 하기 위해 다른 기법들이 채용될 수도 있다. 예를 들면, 설치된 케이싱들[예를 들면, 케이싱(320 및 322)] 중 하나 이상은 케이싱들과 캐니스터(326) 사이의 마찰을 저감시키면서 저장 캐니스터(326)를 드릴홀(302) 내로 안내하는 레일들을 가질 수 있다. 저장 캐니스터(326) 및 케이싱들(또는 레일들)은 서로에 대해 쉽게 슬라이딩되는 재료들로 제작될 수 있다. 케이싱들은 쉽게 윤활되는 표면, 또는 저장 캐니스터(326)의 중량을 받을 때 자체 윤활되는 표면을 가질 수 있다.In some aspects, other techniques may be employed to facilitate the accumulation of the
유체는 캐니스터(326)의 회수을 위해서도 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 회수 작업에서, 케이싱들(320 및 322) 내의 체적은 압축 가스(예를 들면, 공기, 질소, 아르곤 등)로 채워질 수 있다. 수직 파동형 부분(310)의 단부에서 압력이 증가함에 따라, 캐니스터(326)는 만곡 부분(308) 쪽으로, 그리고 이어서 실질적인 수직 부분(306)을 통해 지표면으로 떠밀려질 수 있다.The fluid may also be used for retrieval of the
몇몇 양태에서, 드릴홀(304)은 유해 물질들의 장기 저장을 주 목적으로 형성될 수 있다. 대체의 양태들에서, 드릴홀(304)은 탄화수소 생산(예를 들면, 오일, 가스)을 주 목적으로 이전에 형성되었을 수도 있다. 예를 들어, 저장 층(319)은 탄화수소가 드릴홀(304) 및 지표면(302)으로 생성되었던 탄화수소 보유층일 수 있다. 몇몇 양태에서, 저장 층(319)은 탄화수소 생산 전에 수압식으로 파쇄되었을 수 있다. 또한 몇몇 양태에서, 생산 케이싱(322)은 수압 파쇄 전에 천공되었을 수 있다. 이러한 양태들에서, 생산 케이싱(322)은 유해 물질의 축적 작업 전에 천공 프로세스로 인해 생긴 임의의 구멍들을 수리하기 위해 패치될 수 있다(예를 들면, 시멘트로 봉합될 수 있음). 또한, 이때에 케이싱과 드릴홀 사이의 시멘트의 크랙들 또는 개구들도 또한 메울 수 있다.In some aspects, the
예를 들면, 사용후 핵연료가 유해 물질인 경우에, 그 위치가 셰일층과 같은 적합한 저장 층(319)을 또한 포함하면 특정 위치, 예를 들면 원자력 발전소 근처에 새로운 드릴홀로서 드릴홀이 형성될 수 있다. 이와 달리, 셰일 가스를 이미 생산하고 있는 기존의 시추공, 또는 "고갈되어" 방치된 시추공(예를 들면, 유기물이 충분히 적어서 그 장소의 가스가 상업적 개발 목적으로는 너무 적음)이 드릴홀(304)로 선택될 수도 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(304)을 통한 저장 층(319)의 이전의 수압 파쇄는 드릴홀(304)의 유해 물질 저장 능력에 거의 차이를 만들지 않을 수 있다. 그러나 이러한 이전 활동은 수백만 년 동안 가스 및 다른 유체들을 저장하는 저장 층(319)의 능력을 또한 확인시켜 줄 수 있다. 그래서, 유해 물질 또는 유해 물질의 출력(예를 들면, 방사성 가스 등)이 캐니스터(326)로부터 빠져 나와서 저장 층(319)의 파쇄된 층으로 들어가는 경우에, 이러한 파쇄들은 해당 물질이 파쇄와 그 크기가 필적하는 거리에 걸쳐 비교적 빠르게 퍼지게 할 수 있다. 몇몇 양태에서, 드릴홀(302)은 탄화수소의 생산을 위해 드릴링되었으나, 예를 들면 저장 층(319)이 너무 연성이고 생산을 위해 파쇄하기는 곤란하면서도, 유해 물질의 장기 저장에는 유익하게 연성인 암석층(예를 들면, 셰일 등)을 포함하기 때문에 이러한 탄화수소의 생산에는 실패하였을 수 있다.For example, if the spent nuclear fuel is a hazardous material, a drill hole may be formed as a new drill hole at a specific location, for example near a nuclear power plant, if that location also includes a
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 다른 예시적인 구현예들의 개략도이다. 도 4a는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(400)을 도시하고, 도 4b는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(450)을 도시하며, 도 4c는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(480)을 도시한다. 시스템들(400, 450, 및 480) 각각은 지표면(각각 402, 452, 및 482)으로부터 드릴링된 실질적인 수직 드릴홀(각각 404, 454, 및 484)을 포함한다. 각각의 실질적인 수직 드릴홀(404, 454, 484)은 만곡된 또는 둥근 드릴홀인 전이 드릴홀(각각 406, 456, 및 486)에 연결된다(또는 이어진다). 각각의 전이 드릴홀(406, 456, 및 486)은 그 다음에 유해 물질 저장 리파지토리를 포함하거나 이로 구성된 격리 드릴홀(각각 408, 458, 및 488)에 연결되며(또는 이어지며), 이 유해 물질 저장 리파지토리 내에 하나 이상의 유해 물질 저장 캐니스터[예를 들면, 캐니스터들(126)]가 장기 저장을 위해 배치될 수 있으며, 필요한 경우 본 발명에 따라 회수될 수 있다.4A-4C are schematic diagrams of other exemplary embodiments of a hazardous substance storage repository system in accordance with the present invention. 4A shows a hazardous substance
도 4a에 도시된 바와 같이, 격리 드릴홀(408)은 해당 전이 드릴홀(406)에 연결되는 지점에서 수평으로 만곡되기 시작하며 동시에 측면으로, 즉 수평 방향으로 만곡되기 시작하는 나선형 드릴홀이다. 나선형 드릴홀은 그 최하점에 도달하면, 양방향으로 계속 만곡되어 약간 위쪽으로의 나선형으로 된다. 이 시점에서, 수평 곡선은, 해당 수평 곡선이 수직 드릴홀(404)과 교차하지 않도록 약간 더 크게 될 수 있다. 나선형 드릴홀이 상승하기 시작하면, 만곡된 유해 물질 저장 리파지토리 섹션이 개시될 수 있다. 저장 섹션은 (예를 들면, 빠져 나온 유해 물질의 고체, 액체, 또는 가스에 대한) 막다른 트랩인 최고점[예를 들면, 지표면(402)에 대한 최근점(最近點)]까지 계속될 수 있다. 나선형 드릴홀의 상승은 전형적으로 3 도일 수 있다.As shown in FIG. 4A , the
몇몇 양태에서, 나선형 드릴홀(408)의 경로는 나선의 축(즉, 나선형 원들의 중심에 있음) 아래에 있거나 변위될 수 있다. 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, 수직 드릴홀(404)은 나선형 드릴홀(408) 내에 형성된다. 다시 말하면, 나선형 드릴홀(408)은 수직 드릴홀(404)을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 도 4c를 간단히 참조하면, 시스템(480)은 나선형 드릴홀(408)과 유사한 나선형 드릴홀(488)을 도시한다. 하지만, 나선형 드릴홀(488)은 수직 드릴홀(484)로부터 오프셋되어 일측에 형성된다. 몇몇 양태에서, 나선형 드릴홀(488)은 수직 드릴홀(484)의 임의의 측면으로 오프셋되어 형성될 수도 있다.In some aspects, the path of the
도 4b를 참조하면, 시스템(450)은 수직 드릴홀(454)로부터 감기는 전이 드릴홀(456)에 연결된 나선형 드릴홀(458)을 포함한다. 여기서, 나선형 드릴홀(458)은 수직으로 배향되는(예를 들면, 회전 축이 수직 드릴홀에 평행함) 대신에, 수평으로 배향된다[예를 들면, 회전 축이 수직 드릴홀(454)에 직교함]. 나선형 드릴홀(458)의 단부 또는 내부(또는 양자 모두)에 유해 물질 저장 섹션이 있다.Referring to FIG. 4B ,
시스템들(400, 450, 및 480)의 구현예에서, 전이 드릴홀들의 곡률 반경은 약 1000 피트(약 304.8 m)일 수 있다. 나선형 드릴홀들 내의 각 나선의 외주(circumference)는 곡률 반경의 약 2π 배, 즉 약 6,000 피트(약 1828.8 m)일 수 있다. 그래서, 나선형 드릴홀들 내의 각 나선은 1 마일(약 1,609 m)이 약간 넘는 유해 물질 캐니스터들의 저장 영역을 포함할 수 있다. 몇몇 대체의 양태에서는, 곡률 반경이 약 500 피트(약 152.4 m)일 수 있다. 그러면, 나선형 드릴홀들의 각 나선은 약 0.5 마일(약 805 m)의 유해 물질 캐니스터들의 저장 영역을 포함할 수 있다. 2 마일(약 3,218 m)의 저장이 요구되는 경우, 전술한 크기의 각 나선형 드릴홀에는 4개의 나선이 존재할 수 있다.In an implementation of
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 시스템들(400, 450 및 480) 각각은, 유해 물질의 저장 영역들로 기능하며 지표면 쪽으로 수직으로 지향되고 각 시스템의 전이 드릴홀과 각 섹션의 수직 드릴홀 사이의 교차점으로부터 멀리 있는 드릴홀 부분들을 포함한다. 그래서, (예를 들면, 방사성 폐가스와 같은) 임의의 누출된 유해 물질은 이러한 수직으로 지향된 저장 영역들로 향하며 수직 드릴홀들로부터 멀리 떨어질 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 드릴홀들 각각은 케이스화될 수도 있고 케이스화되지 않을 수 있으며, 케이싱은 유해 물질이 이동수에 도달하는 것을 방지하기 위한 추가 보호 층으로 기능할 수 있다. 케이싱이 생략되는 경우, 드릴홀을 통한 임의의 캐니스터의 이동을 수용하는 제약조건 하에 임의의 드릴홀에 대한 각도 변화들은 보다 급격히 이루어질 수 있다. 케이싱이 있는 경우, 드릴홀들의 방향의 각도 변화는 케이싱이 드릴홀 내로 떠밀려질 수 있도록 (표준 방향의 드릴링에서와 같이) 충분히 완만히 이루어질 수 있다. 또한, 몇몇 양태에서, 도시된 격리 드릴홀(408, 458, 및 488) 각각의 전부 또는 일부는 (본 발명에 기술되는 바와 같이) 불투과성 층 내에 또는 그 아래에 형성될 수 있다.4A-4C , each of the
몇몇 양태에서, 나선형 드릴홀의 구현예들은 회전축을 중심으로 일정한 곡률을 가질 수 있다. 나선형 드릴홀의 대체의 구현예들은 점진적으로 변하는 곡률을 가질 수 있으며, 그에 따라 나선형 드릴홀 내의 나선들이 보다 빽빽하거나 덜 밀집되게 할 수 있다. 나선형 드릴홀의 또 다른 구현예들은 반경이 변하는(그래서 나선들을 보다 빽빽하게 하거나 덜 빽빽하게 하는) 나선들을 가질 수 있으나, (예를 들면, 격리 드릴홀들의 유해 물질 저장 섹션이 위치된 지질층이 수직 치수에 있어서 매우 두껍지 않을 경우 유용할 수 있는 상황에서) 수직 상승은 거의 없을 수도 있고 전혀 없을 수도 있다.In some aspects, embodiments of a spiral drill hole may have a constant curvature about an axis of rotation. Alternative implementations of a helical drill hole may have a curvature that varies gradually, thereby allowing the helices within the helical drill hole to be more or less dense. Still other embodiments of a spiral drill hole may have spirals of varying radius (thus making the spirals more or less dense), but (e.g., the geological layer in which the hazardous material storage section of the isolation drill holes is located is located in a vertical dimension) There may be little or no vertical rise (in situations where it would be useful if not very thick).
도 5a는 유해 물질 저장 리파지토리 시스템(500)의 다른 예시적인 구현예의 개략도의 평면도이고, 도 5b 내지 도 5c는 그 측면도들이다. 도시된 바와 같이, 시스템은 지표면(502)으로부터 형성된 수직 드릴홀(504)을 포함한다. 수직 드릴홀(504)은 전이 드릴홀(506)에 연결되거나 전이 드릴홀(506)로 이어진다. 전이 드릴홀(506)은 격리 드릴홀(508)에 연결되거나 격리 드릴홀(508)로 바뀐다. 이 예에서, 격리 드릴홀(508)은 파동형 부분들이 실질적으로 가로 방향인 파동형 드릴홀을 포함하거나 이로써 구성된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 격리 드릴홀(508)은 지표면(502) 쪽으로 상승하며, 가로 방향으로 파동형을 이룸에 따라 전이 드릴홀(506)로부터 수직으로 멀어진다. 이와는 달리, 도 5c에 도시된 바와 같이, 격리 드릴홀(508)은 가로 방향으로 파동형을 이루면서 지표면(502)과 실질적으로 평행한 평면 내에서 유지된다.5A is a top view of a schematic diagram of another exemplary embodiment of a hazardous substance
몇몇 양태에서, 나선형 또는 파동형 드릴홀들은 이들이 형성되는 임의의 가스 또는 오일 보유 층의 응력 패턴에 관계없이 배향될 수 있다. 이는 탄화수소 생산의 경우와 같이 배향이 드릴홀의 파쇄를 고려할 필요가 없기 때문이다. 그래서, 암석의 응력 패턴의 방향으로 배향되지 않으면서 보다 컴팩트한 드릴홀의 기하학적 형상이 이용될 수 있다. 이들 드릴홀은 또한 밑에 드릴홀들이 형성되는 토지(terranean land)의 양을 줄이는 데 있어서 상당한 가치를 가질 수 있다. 이는 또한 유해 물질 저장 리파지토리 시스템들이 구축될 수 있도록 하기 위해 구입해야 하는 토지 및 광물권(mineral rights)의 비용을 절감시킬 수 있다. 그래서 드릴홀들은 암석 내의 응력들의 패턴에 의해서가 아니라 주로 이용 가능한 토지의 효율적이면서 실용적인 사용에 의해 결정된다.In some aspects, helical or undulating drill holes can be oriented regardless of the stress pattern of any gas or oil retention layer from which they are formed. This is because orientation does not have to take into account fracture of the drill hole as in the case of hydrocarbon production. Thus, more compact drill hole geometries can be used without being oriented in the direction of the rock's stress pattern. These drill holes can also have significant value in reducing the amount of terranean land under which drill holes are formed. This can also reduce the cost of land and mineral rights that must be purchased to enable hazardous material storage repository systems to be built. So drill holes are determined primarily by the efficient and practical use of available land, not by the pattern of stresses in the rock.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 드릴홀들 각각은 케이스화될 수도 있고 케이스화되지 않을 수도 있는데, 케이싱은 유해 물질이 이동수에 도달하는 것을 방지하기 위한 추가 보호 층으로 기능할 수 있다. 케이싱이 생략되는 경우, 드릴홀을 통한 임의의 캐니스터의 이동을 수용하는 제약조건 하에 임의의 드릴홀에 대한 각도 변화들은 보다 급격히 이루어질 수 있다. 케이싱이 있는 경우, 드릴홀들의 방향의 각도 변화는 케이싱이 드릴홀 내로 떠밀려질 수 있도록 (표준 방향의 드릴링에서와 같이) 충분히 완만히 이루어질 수 있다. 또한, 몇몇 양태에서, 격리 드릴홀(508)의 전부 또는 일부는 (본 발명에 기술되는 바와 같이) 불투과성 층 내에 또는 그 아래에 형성될 수 있다.Each of the drill holes shown in FIGS. 5A-5C may or may not be cased, and the casing may serve as an additional protective layer to prevent harmful substances from reaching the moving water. If the casing is omitted, angular changes for any drilled hole can be made more abruptly under the constraint to accommodate the movement of any canister through the drilled hole. If there is a casing, the angular change in the direction of the drill holes can be made gently enough (as in standard orientation drilling) so that the casing can be pushed into the drill hole. Further, in some embodiments, all or a portion of the
전체적으로 도 1a, 도 2, 도 3, 도 4a 내지 도 4c, 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 예시적인 유해 물질 저장 리파지토리 시스템들(예를 들면, 100, 200, 300, 400, 450, 480, 및 500)은 유해 물질(예를 들면, 생물학적 물질, 화학적 물질, 핵 물질)이 적절한 지하 층에 밀봉 저장되는 것을 보장하기 위해 복수의 봉쇄 층을 제공할 수 있다. 몇몇 예시적인 구현예들에서는, 적어도 12개의 봉쇄 층이 존재할 수 있다. 대체의 구현예들에서는, 더 적거나 더 많은 수의 봉쇄 층이 채용될 수도 있다.With reference generally to FIGS. 1A, 2, 3, 4A-4C, and 5A-5C , exemplary hazardous material storage repository systems (eg, 100, 200, 300, 400, 450, 480) , and 500) may provide a plurality of containment layers to ensure that hazardous materials (eg, biological, chemical, nuclear) are hermetically stored in appropriate subterranean layers. In some example implementations, there may be at least 12 containment layers. In alternative implementations, fewer or more containment layers may be employed.
첫째로, 사용후 핵연료를 예시적인 유해 물질로 이용하면, 연료 펠렛들은 원자로로부터 취출되고는 변형되지 않는다. 이들은 소결 이산화우라늄(U02), 세라믹으로 만들어질 수 있으며, 고체 상태로 유지되어 트리튬(13년의 반감기), 크립톤-85(10.8년의 반감기), 및 C-14(5730년의 반감기)를 포함하는 이산화탄소를 포함한 다양한 방사성 가스를 방출할 수 있다. 펠릿들이 매우 부식성의 조건들 또는 복수의 봉쇄 층을 손상시키는 다른 영향들에 노출되지 않는 한, 대부분의 방사성 동위 원소들(C-14, 트리튬 또는 크립톤-85 포함함)은 펠릿들 내에 봉쇄된다.First, using spent nuclear fuel as an exemplary hazardous material, fuel pellets are withdrawn from the reactor and are not deformed. They can be made from sintered uranium dioxide (U02), ceramic, and held in a solid state to contain tritium (half-life of 13 years), krypton-85 (half-life of 10.8 years), and C-14 (half-life of 5730 years). It can release a variety of radioactive gases, including carbon dioxide. Most radioactive isotopes (including C-14, tritium or krypton-85) are contained within the pellets, unless the pellets are exposed to highly corrosive conditions or other effects that damage multiple containment layers.
둘째로, 연료 펠릿들은 원자로에서와 같이, 연료봉의 지르칼로이 튜브들(zircaloy tubes)로 둘러싸인다. 설명된 바와 같이, 튜브들은 원래의 연료 집합체들에 장착되거나 보다 빽빽한 패킹을 위해 이들 집합체로부터 제거될 수 있다.Second, the fuel pellets are surrounded by zircaloy tubes of fuel rods, as in nuclear reactors. As explained, the tubes can be mounted to the original fuel assemblies or removed from these assemblies for tighter packing.
셋째로, 튜브들는 유해 물질 캐니스터의 밀봉된 하우징들 내에 배치된다. 하우징들은 단일 구조체, 또는 복수의 패널(예를 들면, 측면, 상단, 하단의 패널)이 기계적으로 고정(예를 들면, 스크류, 리벳, 용접 등에 의함)된 멀티 패널 구조체일 수 있다.Third, the tubes are placed within the sealed housings of the hazardous material canister. The housings may be a single structure or a multi-panel structure in which a plurality of panels (eg, side, top, and bottom panels) are mechanically fixed (eg, by screws, rivets, welding, etc.).
넷째로, 물질과 캐니스터의 외부 사이에 추가 버퍼를 제공하기 위해 물질(예를 들면, 고체 또는 유체)이 유해 물질 캐니스터에 채워질 수 있다.Fourth, a substance (eg, solid or fluid) may be filled into the hazardous substance canister to provide an additional buffer between the substance and the exterior of the canister.
다섯째로, 유해 물질 캐니스터(들)는 몇몇 예에서는 드릴홀 전체(예를 들면, 실질적인 수직 부분, 둥근 부분, 및 경사 부분)에 걸쳐서 연장되는 스틸 또는 다른 실링 케이싱으로 라이닝된 드릴홀 내에 (전술한 바와 같이) 위치된다. 케이싱은 적소에 시멘트로 합착되어, 유해 물질 캐니스터가 통과하여 이동될 수 있는 (예를 들면, 드릴홀 벽에 비해) 비교적 매끄러운 표면을 제공하며, 그에 따라 축적 또는 회수 중에 누출 또는 파손의 가능성을 감소시킨다.Fifth, the hazardous material canister(s) may in some instances be placed in a drill hole lined with a steel or other sealing casing that extends throughout the drill hole (eg, substantially vertical portions, round portions, and inclined portions) (as described above). as) is located. The casing is cemented in place, providing a relatively smooth surface through which the hazardous material canister can be moved (compared to, for example, drill hole walls), thereby reducing the likelihood of leakage or breakage during accumulation or recovery. make it
여섯째로, 케이싱을 적소에 유지시키거나 유지하는 데 도움이 되는 시멘트는 유해 물질이 캐니스터를 빠져 나가는 경우에 유해 물질을 봉쇄하는 밀봉 층을 또한 제공할 수 있다.Sixth, the cement that holds or helps to hold the casing in place can also provide a sealing layer that seals off the hazardous material as it exits the canister.
일곱째로, 유해 물질 캐니스터는 저장 층을 포함하는 암석층의 두꺼운[예를 들면, 100 내지 200 피트(약 30.48 내지 60.96 m)의] 심(seam) 내에 위치된 드릴홀 부분(예를 들면, 경사 부분)에 저장된다. 저장 층은 적어도 부분적으로는 암석층의 지질 특성들에 의해(예를 들면, 부동수, 낮은 투과성, 두꺼움, 적절한 연성, 또는 취성 없음으로) 선택될 수 있다. 예를 들면, 셰일이 저장 층의 암석층인 경우에, 이러한 유형의 암석은 셰일이 수백만 년 동안 탄화수소 가스의 시일(seal)인 것으로 알려져 있기 때문에 일정 수준의 봉쇄를 제공할 수 있다. 셰일은 브라인을 포함할 수 있으나. 이 브라인은 입증 가능하게 부동성이며 지표의 담수와 연통되지 않는다.Seventh, the hazardous material canister is a drilled hole portion (eg, a sloped portion) located within a thick (eg, 100 to 200 feet (about 30.48 to 60.96 m)) seam of the rock layer containing the storage layer. ) is stored in The storage layer may be selected, at least in part, by the geological properties of the rock layer (eg, as immobile, low permeability, thick, moderately ductile, or no brittleness). For example, where shale is a rock formation in a storage layer, this type of rock can provide some level of containment since the shale has been known to be a seal of hydrocarbon gas for millions of years. Shale may contain brine. This brine is provably immobile and does not communicate with surface freshwater.
여덟째로, 몇몇 양태에서, 저장 층의 암석층은 다른 수준의 봉쇄를 제공하는 다른 고유한 지질 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 셰일 암석은 종종 유해 물질들(예를 들면, 사용후 핵연료 및 그 방사능 출력)이 이러한 출력의 확산 속도를 더욱 감소시키는 방식으로 반응함이 없이 저장 층을 통해 이동할 수 있는 가능성을 줄이는, 황화철과 같은 반응성 성분들을 포함한다. 또한, 저장 층은 전형적으로 매우 낮은 확산성을 갖는, 점토 및 유기 물질과 같은 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 셰일은 층화되어 점토들과 다른 광물들의 교호적인 박층들로 구성될 수 있다. 셰일과 같은, 저장 층의 암석층의 이러한 층화는 추가적인 봉쇄 층을 제공할 수 있다.Eighth, in some embodiments, the rock layers of the storage layer may have other unique geological properties that provide different levels of containment. For example, shale rocks often reduce the likelihood that hazardous materials (eg, spent nuclear fuel and its radioactive output) can migrate through the storage layer without reacting in a way that further reduces the rate of diffusion of this output. , and reactive components such as iron sulfide. The storage layer may also include components such as clays and organic materials, which typically have very low diffusivity. For example, shale can be stratified and composed of alternating thin layers of clays and other minerals. Such stratification of rock formations in storage layers, such as shale, may provide an additional containment layer.
아홉째로, 저장 층은 이 저장 층을 이동수 층으로부터 (예를 들면, 수직으로) 분리시키는, 불투과성 층보다 더 깊으며 그 아래에 위치될 수 있다.Ninth, the storage layer may be located deeper than and below the impermeable layer that separates (eg, vertically) the storage layer from the mobile water layer.
열째로, 저장 층은 지하 층들 내의 이러한 층의 깊이[예를 들면, 3000 내지 12,000 피트(약 914.4 내지 3657.6 m)]에 기초하여 선택될 수 있다. 이러한 깊이는 전형적으로 이동수를 포함하는 어떤 층들보다 훨씬 더 아래에 있으며, 그래서 저장 층의 순수한 깊이는 추가적인 봉쇄 층을 제공한다.Tenth, the storage layer may be selected based on the depth of this layer within the subterranean layers (eg, 3000 to 12,000 feet (about 914.4 to 3657.6 m)). This depth is typically much lower than any layers containing migrating water, so the net depth of the storage layer provides an additional containment layer.
열한째로, 본 발명의 유해 물질 저장 리파지토리 시스템의 예시적인 구현예들은 저장된 유해 물질의 모니터링을 용이하게 한다. 예를 들면, 모니터링되는 데이터가 유해 물질의 누출 등(예를 들면, 온도, 방사능의 변화 등) 또는 캐니스터의 훼손 또는 침입을 나타내는 경우, 유해 물질 캐니스터는 수리 또는 검사를 위해 회수될 수 있다.Eleventh, exemplary embodiments of the hazardous material storage repository system of the present invention facilitate monitoring of stored hazardous material. For example, if the monitored data indicates a leak of hazardous material, etc. (eg, change in temperature, radiation, etc.) or damage or intrusion of the canister, the hazardous material canister may be retrieved for repair or inspection.
열두째로, 하나 이상의 유해 물질 캐니스터는 필요에 따라(예를 들면, 모니터링 여부에 관계없이) 주기적인 점검, 컨디셔닝, 또는 수리를 위해 회수될 수 있다. 따라서, 캐니스터들과 관련된 모든 문제는 캐니스터로부터 유해 물질이 누출되거나 빠져 나가는 일 없이 온전히 조치될 수 있다.Twelfth, one or more hazardous material canisters may be retrieved for periodic inspection, conditioning, or repair as needed (eg, with or without monitoring). Thus, any problem with canisters can be fully addressed without any hazardous substances leaking or escaping from the canister.
열셋째로, 유해 물질이 캐니스터들로부터 빠져 나가고 누출된 유해 물질과 지표면 사이에 불투과성 층이 존재하지 않는 경우에도, 누출된 유해 물질은 지표면 또는 대수층들(예를 들면, 이동수 층들) 또는 인간에게 유해하다고 여겨지는 다른 구역들로의 상향 경로(upward path)가 없는 위치에서 드릴홀 내에 봉쇄될 수 있다. 예를 들면, 경사진 드릴홀, J 섹션 드릴홀, 또는 수직 파동형 드릴홀의 정점들의 막다른 단부(dead end)일 수 있는 위치는 드릴홀의 수직 부분에 대한 직접적인 상향(예를 들면, 표면을 향하는) 경로를 갖지 않을 수 있다.Thirteenth, even when hazardous material escapes from the canisters and no impermeable layer exists between the leaked hazardous material and the ground surface, the leaked hazardous material can be transported to the earth's surface or to aquifers (e.g., moving water layers) or to humans. It may be blocked within the drill hole at a location where there is no upward path to other areas considered to be hazardous. For example, a location that may be the dead end of the vertices of a beveled drill hole, a J-section drill hole, or a vertical wave drill hole is located directly upward (e.g., facing the surface) relative to the vertical portion of the drill hole. ) may not have a path.
다수의 구현예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상과 범위로부터 일탈함이 없이 다양한 변형들이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 예시적인 작동들, 방법들, 또는 프로세스들은 설명된 것보다 더 많은 단계 또는 더 적은 단계를 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 예시적인 작동들, 방법들, 또는 프로세스들의 단계들은 설명되거나 도면에 도시된 것과는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 따라서, 다른 구현예들도 다음의 청구범위의 범위 내에 있다.A number of implementations have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, example acts, methods, or processes described herein may include more or fewer steps than those described. In addition, the steps of these exemplary acts, methods, or processes may be performed in an order other than that described or shown in the drawings. Accordingly, other implementations are within the scope of the following claims.
Claims (67)
땅속으로 연장되며 적어도 지표면에 근접한 입구를 포함하는 드릴홀(drillhole)로서, 상기 드릴홀은 수직 드릴홀 부분, 상기 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀(transition drillhole) 부분, 및 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하며, 상기 전이 드릴홀 부분 또는 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는 격리 드릴홀(isolation drillhole) 부분을 포함하고, 상기 격리 드릴홀 부분은 상기 지표면을 향해 수직으로 지향되고 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 전이 드릴홀 부분 사이의 교차점으로부터 멀어지도록 지향되는 것인 드릴홀;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 위치되는 저장 캐니스터(storage canister)로서, 상기 저장 캐니스터는, 상기 드릴홀의 입구로부터, 상기 수직 드릴홀 부분, 상기 전이 드릴홀 부분을 통하여, 상기 드릴홀의 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내에 맞도록 크기가 이루어지며, 상기 저장 캐니스터는 핵 물질을 포함하는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동(inner cavity)을 포함하는 것인 저장 캐니스터;
상기 드릴홀 내에 위치되는 시일(seal)로서, 상기 시일은 상기 드릴홀의 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 상기 드릴홀의 상기 입구로부터 격리시키는 것인 시일
을 포함하는, 유해 물질 저장 리파지토리.A hazardous material storage repository, comprising:
A drillhole extending into the ground and having an entrance proximate at least to the ground surface, the drillhole comprising a vertical drill hole portion, a transition drillhole portion connected to the vertical drill hole portion, and the transition drill hole portion and a hazardous material storage drill hole portion connected to, wherein at least one of the transition drill hole portion or the hazardous material storage drill hole portion includes an isolation drillhole portion, wherein the isolation drill hole portion comprises the ground surface a drill hole oriented vertically towards and away from an intersection between the vertical drill hole portion and the transitional drill hole portion;
a storage canister positioned in the hazardous substance storage drill hole portion, the storage canister, from the inlet of the drill hole, through the vertical drill hole portion, the transition drill hole portion, the hazardous material storage of the drill hole a storage canister sized to fit within the drill hole portion, the storage canister including an inner cavity sized to enclose hazardous material, including nuclear material;
a seal positioned within the drill hole, the seal isolating the hazardous material storage drill hole portion of the drill hole from the inlet of the drill hole
A hazardous material storage repository, comprising:
상기 격리 드릴홀 부분은, 제1 깊이로 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 근위 단부 및 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 상기 근위 단부 반대편에 있는 원위 단부를 포함하는 수직 경사 드릴홀(vertically inclined drillhole) 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
The isolation drill hole portion includes a vertically inclined drillhole comprising a proximal end connected to the transition drill hole portion to a first depth and a distal end opposite the proximal end to a second depth shallower than the first depth. ), a hazardous material storage repository.
상기 수직 경사 드릴홀 부분은 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.3. The method of claim 2,
wherein the vertical inclined drill hole portion includes the hazardous material storage drill hole portion.
상기 수직 경사 드릴홀 부분의 경사각은, 상기 수직 경사 드릴홀 부분을 둘러싸는 지질층(geologic formation)의 손상 구역과 연관된 거리 및 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 저장 캐니스터의 최하부 양자 모두에 접하는 거리의 길이에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.3. The method of claim 2,
The angle of inclination of the vertically inclined drill hole portion is the length of the distance associated with the damaged area of the geologic formation surrounding the vertically inclined drill hole portion and the distance tangent to both the vertical drill hole portion and the bottom of the storage canister. a hazardous material storage repository, which is determined based, at least in part, on
상기 지질층의 손상 구역과 연관된 상기 거리는, 상기 손상 구역의 외주(外周)와 상기 수직 경사 드릴홀 부분의 방사상 중심선 사이의 거리를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.5. The method of claim 4,
wherein the distance associated with the damage zone of the geological layer comprises a distance between an outer perimeter of the damage zone and a radial centerline of the vertically inclined drill hole portion.
상기 경사각은 3도인 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.5. The method of claim 4,
The inclination angle will be 3 degrees, hazardous substances storage repository.
상기 격리 드릴홀 부분은 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 사이에 연결된 J 섹션 드릴홀(J-section drillhole) 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the isolation drill hole portion comprises a J-section drillhole portion connected between the vertical drill hole portion and the hazardous material storage drill hole portion.
상기 J 섹션 드릴홀 부분은 상기 전이 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.8. The method of claim 7,
wherein the J section drill hole portion comprises the transition drill hole portion.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 수평 드릴홀 부분 또는 수직 경사 드릴홀 부분 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.8. The method of claim 7,
Wherein the hazardous substance storage drill hole portion comprises at least one of a horizontal drill hole portion or a vertical inclined drill hole portion.
상기 격리 드릴홀 부분은 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 수직 파동형 드릴홀(vertically undulating drillhole) 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the isolation drillhole portion comprises a vertically undulating drillhole portion connected to the transitional drillhole portion.
상기 전이 드릴홀 부분은 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 수직 파동형 드릴홀 부분 사이에 만곡형 드릴홀(curved drillhole) 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.11. The method of claim 10,
wherein the transitional drill hole portion comprises a curved drillhole portion between the vertical drill hole portion and the vertical undulating drill hole portion.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 셰일(shale)층, 염(salt)층, 또는 다른 불투과성 층 중 적어도 하나를 포함하는 장벽 층 내에 또는 이 장벽 층 아래에 위치되는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the hazardous material storage drill hole portion is located within or below a barrier layer comprising at least one of a shale layer, a salt layer, or another impermeable layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은, 상기 장벽 층에 의해, 이동수(mobile water)를 포함하는 지하 구역(subterranean zone)으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the hazardous material storage drill hole portion is vertically isolated from a subterranean zone comprising mobile water by the barrier layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 장벽 층 아래에 형성되고, 상기 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the hazardous material storage drill hole portion is formed below the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing mobile water by the barrier layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 장벽 층 내에 형성되고, 상기 장벽 층의 적어도 일부에 의해 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the hazardous material storage drill hole portion is formed in the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean zone containing moving water by at least a portion of the barrier layer.
상기 장벽 층은 0.01 밀리다시(millidarcy) 미만의 투과성을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises a permeability of less than 0.01 millidarcy.
상기 장벽 층은 10 MPa 미만의 취성을 포함하고, 상기 취성은 상기 장벽 층의 인장 강도에 대한 상기 장벽 층의 압축 응력의 비를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises a brittleness of less than 10 MPa, wherein the embrittlement comprises a ratio of a compressive stress of the barrier layer to a tensile strength of the barrier layer.
상기 장벽 층은 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서 적어도 100 피트의 두께를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
and the barrier layer comprises a thickness of at least 100 feet proximate the portion of the hazardous material storage drill hole.
상기 장벽 층은 상기 유해 물질의 반감기에 기초한 시간 동안 상기 저장 캐니스터를 빠져 나가는 유해 물질의, 상기 장벽 층을 통한 확산을 억제하도록 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 둘러싸는 두께를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises a thickness surrounding a portion of the hazardous material storage drill hole to inhibit diffusion through the barrier layer of the hazardous material exiting the storage canister for a time based on the half-life of the hazardous material. Material storage repository.
상기 장벽 층은 20 내지 30 체적 당 중량%의 점토 또는 유기 물질을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein said barrier layer comprises from 20 to 30% by weight of clay or organic material by volume.
상기 장벽 층은 불투과성 층을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises an impermeable layer.
상기 장벽 층은 10,000년 이상의 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의되는 누출 장벽을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises a leak barrier defined by a time constant for leakage of the hazardous substance over 10,000 years.
상기 장벽 층은 탄화수소 보유층 또는 이산화탄소 보유층을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.13. The method of claim 12,
wherein the barrier layer comprises a hydrocarbon retention layer or a carbon dioxide retention layer.
상기 유해 물질은 사용후 핵연료를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the hazardous material includes spent nuclear fuel.
상기 지표면으로부터 또는 상기 지표면에 근접한 곳으로부터, 상기 드릴홀을 통해, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 적어도 하나의 케이싱 조립체
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
at least one casing assembly extending from or proximate to the ground surface, through the drill hole, and into the hazardous substance storage drill hole portion
A hazardous material storage repository further comprising a.
상기 저장 캐니스터는 다운홀 툴 스트링(downhole tool string) 또는 다른 저장 캐니스터 중 적어도 하나에 결합되도록 구성된 연결 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the storage canister includes a connecting portion configured to couple to at least one of a downhole tool string or another storage canister.
상기 격리 드릴홀 부분은 나선형 드릴홀을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the isolated drill hole portion comprises a spiral drill hole.
상기 격리 드릴홀 부분은, 상기 격리 드릴홀 부분이 형성되는 암석층의 응력 상태로부터 자유로운 특정 기하학적 형상을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.The method of claim 1,
wherein the isolated drill hole portion comprises a specific geometry that is free from the stress conditions of the rock layer in which the isolated drill hole portion is formed.
지표면 내로 연장되는 드릴홀의 입구를 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계로서, 상기 입구는 적어도 지표면에 근접하며, 상기 저장 캐니스터는 핵 물질을 포함하는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함하는 것인 단계;
수직 드릴홀 부분, 상기 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 상기 드릴홀을 통해 상기 저장 캐니스터를 이동시키는 단계로서, 상기 전이 드릴홀 부분 또는 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는 격리 드릴홀 부분을 포함하고, 상기 격리 드릴홀 부분은 상기 지표면을 향해 수직으로 지향되고 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 전이 드릴홀 부분 사이의 교차점으로부터 멀어지도록 지향되는 것인 단계;
상기 저장 캐니스터를 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 이동시키는 단계;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 상기 드릴홀의 입구로부터 격리시키는 시일(seal)을 상기 드릴홀 내에 형성하는 단계
를 포함하는, 유해 물질 저장 방법.A method for storing hazardous substances, comprising:
moving the storage canister through an inlet of a drill hole extending into the earth's surface, the inlet proximate to at least the earth's surface, the storage canister comprising an interior cavity sized to enclose hazardous material including nuclear material step;
moving the storage canister through the drill hole comprising a vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the vertical drill hole portion, and a hazardous material storage drill hole portion connected to the transition drill hole portion, wherein the transition At least one of the drill hole portion or the hazardous material storage drill hole portion comprises an isolation drill hole portion, the isolated drill hole portion being directed perpendicularly toward the ground surface and positioned between the vertical drill hole portion and the transitional drill hole portion directed away from the intersection;
moving the storage canister into the hazardous material storage drill hole portion;
Forming a seal in the drill hole to isolate the hazardous substance storage drill hole portion from the inlet of the drill hole
A method for storing hazardous substances, comprising:
상기 격리 드릴홀 부분은, 제1 깊이로 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 근위 단부 및 상기 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이로 상기 근위 단부 반대편에 있는 원위 단부를 포함하는 수직 경사 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
wherein the isolation drill hole portion comprises a vertically inclined drill hole portion comprising a proximal end connected to the transition drill hole portion to a first depth and a distal end opposite the proximal end to a second depth shallower than the first depth. A method for storing hazardous substances.
상기 수직 경사 드릴홀 부분은 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.31. The method of claim 30,
The vertically inclined drill hole portion will include the hazardous material storage drill hole portion, hazardous material storage method.
상기 수직 경사 드릴홀 부분의 경사각은, 상기 수직 경사 드릴홀 부분을 둘러싸는 지질층의 교란 구역과 연관된 거리 및 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 저장 캐니스터의 최하부에 접하는 거리의 길이에 적어도 부분적으로 기초하여 결정되는 것인, 유해 물질 저장 방법.31. The method of claim 30,
The angle of inclination of the vertically inclined drill hole portion is determined based, at least in part, on a distance associated with a disturbed zone of the geological layer surrounding the vertically inclined drill hole portion and a distance between the vertical drill hole portion and the tangent to the bottom of the storage canister. A method for storing hazardous substances.
상기 지질층의 교란 구역과 연관된 상기 거리는 상기 교란 구역의 외주와 상기 수직 경사 드릴홀 부분의 방사상 중심선 사이의 거리를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.33. The method of claim 32,
wherein the distance associated with the disturbance zone of the geological layer comprises a distance between the perimeter of the disturbance zone and the radial centerline of the vertically inclined drill hole portion.
상기 경사각은 3도인 것인, 유해 물질 저장 방법.33. The method of claim 32,
The inclination angle will be 3 degrees, a hazardous substance storage method.
상기 격리 드릴홀 부분은 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 사이에 연결된 J 섹션 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
wherein the isolation drill hole portion comprises a J section drill hole portion connected between the vertical drill hole portion and the hazardous material storage drill hole portion.
상기 J 섹션 드릴홀 부분은 상기 전이 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.36. The method of claim 35,
wherein the J section drill hole portion includes the transition drill hole portion.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 수평 드릴홀 부분 또는 수직 경사 드릴홀 부분 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.37. The method of claim 36,
The hazardous substance storage drill hole portion includes at least one of a horizontal drill hole portion or a vertical inclined drill hole portion, the hazardous material storage method.
상기 격리 드릴홀 부분은 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 수직 파동형 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
wherein the isolation drill hole portion comprises a vertical wave type drill hole portion connected to the transition drill hole portion.
상기 전이 드릴홀 부분은 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 수직 파동형 드릴홀 부분 사이에 만곡형 드릴홀 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.39. The method of claim 38,
wherein the transition drill hole portion includes a curved drill hole portion between the vertical drill hole portion and the vertical undulation drill hole portion.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은, 셰일층, 염층, 또는 다른 불투과성 층 중 적어도 하나를 포함하는 장벽 층 내에 또는 이 장벽 층 아래에 위치되는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
wherein the hazardous material storage drill hole portion is located within or below a barrier layer comprising at least one of a shale layer, a salt layer, or another impermeable layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
The hazardous substance storage method, wherein the hazardous substance storage drill hole portion is vertically isolated from the subterranean section containing the moving water by the barrier layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 장벽 층 아래에 형성되고, 상기 장벽 층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
The hazardous substance storage method according to claim 1, wherein the hazardous substance storage drill hole portion is formed below the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean area containing the moving water by the barrier layer.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 장벽 층 내에 형성되고, 상기 장벽 층의 적어도 일부에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the hazardous substance storage drill hole portion is formed in the barrier layer and is vertically isolated from the subterranean zone containing moving water by at least a portion of the barrier layer.
상기 장벽 층은 0.01 밀리다시 미만의 투과성을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises a permeability of less than 0.01 mDa.
상기 장벽 층은 10 MPa 미만의 취성을 포함하고, 상기 취성은 상기 장벽 층의 인장 강도에 대한 상기 장벽 층의 압축 응력의 비를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises a brittleness of less than 10 MPa, wherein the embrittlement comprises a ratio of a compressive stress of the barrier layer to a tensile strength of the barrier layer.
상기 장벽 층은 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접한 곳에서 적어도 100 피트의 두께를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
and the barrier layer comprises a thickness of at least 100 feet proximate to a portion of the hazardous material storage drill hole.
상기 장벽 층은 상기 유해 물질의 반감기에 기초한 시간 동안 상기 저장 캐니스터를 빠져 나가는 유해 물질의, 상기 장벽 층을 통한 확산을 억제하도록 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 둘러싸는 두께를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises a thickness surrounding a portion of the hazardous material storage drill hole to inhibit diffusion through the barrier layer of the hazardous material exiting the storage canister for a time based on the half-life of the hazardous material. Methods of storage of substances.
상기 장벽 층은 20 내지 30 체적 당 중량%의 점토 또는 유기 물질을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein said barrier layer comprises from 20 to 30% by weight of clay or organic material by volume.
상기 장벽 층은 불투과성 층을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises an impermeable layer.
상기 장벽 층은 10,000년 이상의, 유해 물질의 누출에 대한 시간 상수에 의해 정의되는 누출 장벽을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises a leakage barrier defined by a time constant for leakage of the hazardous material of at least 10,000 years.
상기 장벽 층은 탄화수소 보유층 또는 이산화탄소 보유층을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.41. The method of claim 40,
wherein the barrier layer comprises a hydrocarbon retention layer or a carbon dioxide retention layer.
상기 유해 물질은 사용후 핵연료를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
The method for storing hazardous materials, wherein the hazardous materials include spent nuclear fuel.
상기 지표면으로부터 또는 상기 지표면에 근접한 곳으로부터, 상기 드릴홀을 통해, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 적어도 하나의 케이싱 조립체
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
at least one casing assembly extending from or proximate to the ground surface, through the drill hole, and into the hazardous substance storage drill hole portion
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 저장 캐니스터는, 다운홀 툴 스트링 또는 다른 저장 캐니스터 중 적어도 하나에 결합되도록 구성된 연결 부분을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
wherein the storage canister includes a connecting portion configured to couple to at least one of a downhole tool string or other storage canister.
상기 지표면 내로 연장되는 상기 드릴홀의 입구를 통해 상기 저장 캐니스터를 이동시키는 단계 이전에, 상기 지표면으로부터 지하 지층으로 상기 드릴홀을 형성하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
Before moving the storage canister through the inlet of the drill hole extending into the ground surface, forming the drill hole from the ground surface to the underground strata
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 지표면으로부터 또는 상기 지표면에 근접한 곳으로부터, 상기 드릴홀을 통해, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 연장되는 케이싱을 상기 드릴홀 내에 설치하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.56. The method of claim 55,
Installing a casing extending from the ground surface or from a place close to the ground surface through the drill hole into the hazardous substance storage drill hole portion in the drill hole
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 케이싱을 상기 드릴홀에 시멘트로 합착시키는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.57. The method of claim 56,
Cementing the casing to the drill hole with cement
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 드릴홀을 형성하는 단계에 이어서, 상기 지하 지층으로부터 상기 드릴홀을 통해 상기 지표면으로 탄화수소 유체를 생산하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.58. The method of claim 57,
following the step of forming the drill hole, producing a hydrocarbon fluid from the underground formation to the ground surface through the drill hole
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 드릴홀로부터 상기 시일을 제거하는 단계;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분으로부터 상기 지표면으로 상기 저장 캐니스터를 회수하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
removing the seal from the drill hole;
retrieving the storage canister from the hazardous material storage drill hole portion to the ground surface
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 근접하게 위치된 센서로부터 상기 저장 캐니스터와 연관된 적어도 하나의 변수를 모니터링하는 단계;
상기 모니터링되는 변수를 상기 지표면에서 기록하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
monitoring at least one variable associated with the storage canister from a sensor located proximate to the hazardous material storage drill hole portion;
recording the monitored variable on the ground surface.
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 모니터링되는 변수는 방사능 수준, 온도, 압력, 산소의 존재, 수증기의 존재, 액체 물의 존재, 산성도, 또는 지진 활동 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.61. The method of claim 60,
wherein the monitored variable comprises at least one of radioactivity level, temperature, pressure, presence of oxygen, presence of water vapor, presence of liquid water, acidity, or seismic activity.
문턱값을 초과하는, 상기 모니터링되는 변수를 기초로,
상기 드릴홀로부터 상기 시일을 제거하는 단계;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분으로부터 상기 지표면으로 상기 저장 캐니스터를 회수하는 단계
를 더 포함하는, 유해 물질 저장 방법.62. The method of claim 61,
based on the monitored variable exceeding a threshold,
removing the seal from the drill hole;
retrieving the storage canister from the hazardous material storage drill hole portion to the ground surface
Further comprising, a method for storing hazardous substances.
상기 격리 드릴홀 부분은 나선형 드릴홀을 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.30. The method of claim 29,
Wherein the isolation drill hole portion comprises a spiral drill hole.
지표면 내로 연장되는 드릴홀의 입구를 통해 저장 캐니스터를 이동시키는 단계로서, 상기 입구는 적어도 지표면에 근접하며, 상기 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함하는 것인 단계;
수직 드릴홀 부분, 상기 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하는 상기 드릴홀을 통해 상기 저장 캐니스터를 이동시키는 단계로서, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층(self-healing geological formation) 아래에 위치되고, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 자가 복원 지질층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되는 것인 단계;
상기 저장 캐니스터를 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내로 이동시키는 단계;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 상기 드릴홀의 입구로부터 격리시키는 시일을 상기 드릴홀 내에 형성하는 단계
를 포함하는, 유해 물질 저장 방법.A method for storing hazardous substances, comprising:
moving the storage canister through an inlet of a drill hole extending into the ground surface, the inlet proximate at least to the ground surface, the storage canister including an interior cavity sized to enclose the hazardous material;
moving the storage canister through the drill hole comprising a vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the vertical drill hole portion, and a hazardous material storage drill hole portion connected to the transition drill hole portion, wherein wherein the material storage drill hole portion is located below a self-healing geological formation, and the hazardous material storage drill hole portion is vertically isolated from the subterranean zone containing moving water by the self-healing geological formation. ;
moving the storage canister into the hazardous material storage drill hole portion;
Forming a seal in the drill hole for isolating the hazardous substance storage drill hole portion from the inlet of the drill hole
A method for storing hazardous substances, comprising:
상기 자가 복원 지질층은 셰일, 염, 점토, 또는 백운석(dolomite) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 방법.65. The method of claim 64,
The self-repairing lipid layer comprises at least one of shale, salt, clay, or dolomite.
땅속으로 연장되며 적어도 지표면에 근접한 입구를 포함하는 드릴홀로서, 상기 드릴홀은 수직 드릴홀 부분, 상기 수직 드릴홀 부분에 연결된 전이 드릴홀 부분, 및 상기 전이 드릴홀 부분에 연결된 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 포함하며, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 자가 복원 지질층 아래에 위치되고, 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분은 상기 자가 복원 지질층에 의해, 이동수를 포함하는 지하 구역으로부터 수직으로 격리되며, 상기 전이 드릴홀 부분 또는 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 중 적어도 하나는, 상기 지표면 쪽으로 수직으로 지향되고 상기 수직 드릴홀 부분과 상기 전이 드릴홀 부분 사이의 교차점으로부터 멀리 떨어진 격리 드릴홀 부분을 포함하는 것인 드릴홀;
상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분에 위치되는 저장 캐니스터로서, 상기 저장 캐니스터는, 상기 드릴홀의 입구로부터, 상기 수직 드릴홀 부분, 상기 전이 드릴홀 부분을 통하여, 상기 드릴홀의 상기 유해 물질 저장 드릴홀 부분 내에 맞도록 크기가 이루어지며, 상기 저장 캐니스터는 유해 물질을 둘러싸도록 크기가 이루어진 내부 공동을 포함하는 것인 저장 캐니스터;
상기 드릴홀 내에 위치되는 시일로서, 상기 시일은 상기 드릴홀의 유해 물질 저장 드릴홀 부분을 상기 드릴홀의 입구로부터 격리시키는 것인 시일
을 포함하는, 유해 물질 저장 리파지토리.A hazardous material storage repository comprising:
A drill hole extending into the ground and having an entrance at least close to the ground surface, wherein the drill hole includes a vertical drill hole portion, a transition drill hole portion connected to the vertical drill hole portion, and a hazardous substance storage drill hole connected to the transition drill hole portion a portion, wherein the hazardous material storage drill hole portion is located below the self-recovering geological layer, and the hazardous material storage drill hole portion is vertically isolated from the subterranean area containing the moving water by the self-recovering geological layer, the transition wherein at least one of the drill hole portion or the hazardous material storage drill hole portion comprises an isolated drill hole portion directed vertically towards the ground surface and remote from the intersection between the vertical drill hole portion and the transitional drill hole portion hall;
A storage canister positioned in the hazardous substance storage drill hole portion, the storage canister, from the inlet of the drill hole, through the vertical drill hole portion, the transition drill hole portion, into the hazardous material storage drill hole portion of the drill hole a storage canister sized to fit, the storage canister including an interior cavity sized to enclose a hazardous material;
a seal positioned within the drill hole, wherein the seal isolates a hazardous substance storage drill hole portion of the drill hole from an inlet of the drill hole.
A hazardous material storage repository, comprising:
상기 자가 복원 지질층은 셰일, 염, 점토, 또는 백운석 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 유해 물질 저장 리파지토리.67. The method of claim 66,
Wherein the self-repairing lipid layer comprises at least one of shale, salt, clay, or dolomite.
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